Equipos de Perforación Rotatoria

Equipos de Perforación Rotatoria

Equipos de Perforación Rotatoria ÍNDICE Introducción

3

I. EQUIPOS TERRESTRES

3

Componentes de un equipo de perforación terrestre

3

Mástil

4

Consideraciones para el diseño

4

Cálculo de la capacidad del mástil

4

Sistema de energía

5

Transmisión de energía

6

Sistema de elevación

7

Sistema de aparejo de poleas

7

Combinaciones de aparejos

8

Malacate

9

Factor importante en el funcionamiento de un equipo

9

Potencia de entrada

10

Factores de diseño del cable

11

Frenos de fricción del malacate

18

Dimensiones del carrete

19

Relación de velocidad

20

Embragues

22

Freno auxiliar

24

Block y cable de perforación

26

El equipo rotatorio

26

La flecha y mesa rotatoria

27

Sistema TOP DRIVE

27

1


Procedimiento para desmantelar, transportar e instalar equipos de perforación convencionales y diesel eléctricos

28

Procedimiento para izamiento de mástil

29

II. UNIDADES MÓVILES DE PERFORACIÓN MARINA

29

2

Equipos de perforación sumergible (barcaza)

30

Plataforma autoelevable (jack-up)

30

Sumisumergibles

32

Barcos perforadores

34

Plataformas con piernas tensionadas (TLP)

34

Movimiento

36

Riesgos

37

Equipos fijos de perforación

38

Capacidad de carga y dimensiones

39

Plataformas fijas protectoras

39

Traslado y armado de las plataformas fijas

41

Estructuras aligeradas

41

Glosario

42

Preguntas y respuestas

43

Equipo de perforación con sus siete paquetes

45

Anexo - tabla de equipos

46



TABLA A.3 EQUIPOS SUMERGIBLES NOMBRE COMPAÑÍA DEL EQUIPO ATWOOD OCEANICS RICHMOND BEAUDRIL LIMITED MOLIKPAQ CANADIAN MARINE DRILLING CANMAR SSDC /MAT GLOBAL MARINE DRILLING CO. GLOMAR BEAUFORT SEA I K/S REAL DRILLING JOHN E. JONES MSDRIL Ltd. SCANDRILL NOBLE DRILLING CORP. CHUCK SYRING GUS ANDROES OCEANDRIL INC. PORTAL 40 ODEC INC. BARGE A MR. CHARLIE PENROD DRILLING COMPANY PORTAL 41 PORTAL 201 ROWAN CO. INC. RIG 4 ROWAN INTERNATIONAL INC. ROWAN FAIRBANKS STA. FE INTERNATIONAL CORP. SWAMP MASTER LUTECE SEDECO FOREX RAISIS RIG 37 SEAREX IV SONAT OFFS. DRILLING INC. SONAR DF 77 TRANSWORLD DRILLING CO. RIG 47 RIG 68

t= st = lt = mt =

CARGA AL DIMENSIONES GANCHO (LB) (PIES) 1,000,000 251 X 172 X 128 1,000,000 364 X 3644 X 95 1,300,000 715 X 360 X 128 1,250,000 291 X 274 X 26 1,556,000 1,300,000 1,300,000 1,550,000 1,550,000 1,000,000 760,000 1,550,000 1,300,000

1,025,000 1,025,000 1,555,000 1,556,000 750,000 1,500,000

240 X 54 212 X 54 X 14 215 X 72 X 14 209 X 54 X 14 209 X 54 X 14 196 X 166 X 12 220 X 134 X 209 X 54 X 14 186 X 180 210 X 54 X 48 70 X 200 200 X 70 X 14 200 X 70 X 14 220 X 70 X 14 210 X 70 X 14 240 X 54 242 X 202 X 100 235 X 235 X 130

TIRANTE ALCANCE PESO DELPOTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (KLB) (HP) 8 - 70 20,000 14,065 t 26 -130 20,000 14,065 t 25 -80 26,000 21,500 t 55 25,000 85 8 - 20 9 -22 22 20 70 40 20 85 20 25 22 22 25 21 85 70 100

30,000 25,000 25,000 30,000 30,000 25,000 25,000 30,000 25,000 30,000 25,000 20,000 21,000 16,000 1,800 25,000 25,000 25,000

INTRODUCCIÓN 1,500 2,000 st

1,000 t 1,171 t 1,050 t 3,793 st 2,000 t 4,000 t

3,000

2,400

toneladas toneladas cortas toneladas largas toneladas métricas

TABLA A.4 BARCOS Y BARCAZAS COMPAÑÍA ATLANTIC DRILLING CO. Ltd. ATWOOD OCEANIC & SERVICES Ltd. CANADIAN MARINE DRILLING Ltd. ENERGY SEARCHER AUSTRALIA PTY. Ltd. ENERGY SERVICE CO. (ENSCO) ESSAR GUJARAT Ltd. GREAT ATWOOD Ltd. LAURITZEN OFFSHORE MARAVEN S.A.

NOMBRE CARGA AL DEL GANCHO EQUIPO (LB) BENLOMOND CHANCELLORSVILLE 1,300,000

DIMENSIONES

CANMAR EXPLORER CANM. EXPLORER III CANM. EXPLORER IV ENERG. SEARCHER

1,330,000 1,330,000 1,330,000 1,250,000

377 X 100 X 28 490 X 78 X 41 379 X 82 X 28 610 X 79 X 39

ENSCO V E. DISCOVERER BADRINATH DAN DUCHESS DANWOOD ICE GP - 9 GP 11 NEDDRILL II OCEAN CLIPPER SAGAR BHUSHAN SAGAR PRABHAT RÍO PÁNUCO REY DEL LAGO TELESIS

750,000 1,330,000

200 X 80 X 14 110 380 X 70 X 26 1,500 348 X 70 X 22 600 484 X 82 X 42 1,000 566 X 71 X 44 1,000 199 X 99 X 10 120 200 X 100 X 13 120 540 X 89 X 44 90 - 4000 270 X 203 X 116 1,500 478 X 80 1,000 388 X 72 100 - 1000 381 X 75 X 27 600 180 X 70 X 11 100 259 X 44 X 22 210

NEDDRILL ODECO OIL & NATURAL GAS COMMISSION, INDIA PETROLEOS MEXICANOS SANTA FE INTERNATIONAL CO. UNDERWATER GAS DEVELOPERS Ltd. U. S. S. R. MIKHAIL MIRCHINK VIKING OFFSHORE VIKING DRILLER PEMBINA EXPLORATIONS Ltd. MR. CHRIS t= st = lt = mt =

50


1,333,000

1,000,000 1,333,000 1,400,000 1,300,000 750,000 450,000 1,000,000 1,000,000 500,000

(PIES) 362 X 70 X 22 368 X 70 X 24

486 X 78 X 41 582 X 69 X 39 160 X 54 X 12

TIRANTE ALCANCE PESO DELPOTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (KLB) (HP) 750 20,000 4,200 lt 2,000 1,000 20,000 5,100 lt 2,000 600 1,000 600 1,500

984 1,000 28 - 220


25,000 25,000 25,000 25,000

5,614 t 7,106 t 5,258 t 9,200 lt

15,000 20,000 20,000 25,000 20,000 15,000 15,000 25,000 25,000 20,000 20,000 25,000 14,000 5,000

1,900 t 5,965 st 6,000 lt 11,572 lt 9,800 mt 1,500 t 2,632 mt 10,900 mt

21,320 30,000 4,500

7,245 t 6,799 st

2,000

2,800 2,400

3,000

5,480 t 350 2,000

En ese contexto, los equipos de perforación han evolucionado al parejo. Pero en tiempos recientes, los requerimientos para explorar y explotar nuevos yacimientos en localizaciones inaccesibles, han dado hincapié para promover el desarrollo tecnológico de los equipos de perforación. El primer pozo se empezó a perforar en Ebano, SLP, el 1 de abril de 1901 sin que obtuviera producción considerable. El primer pozo con producción significativa ( 1500 Bls/día a 1650 pies de profundidad), fue localizado por el ingeniero mexicano Ezequiel Ordóñez en el cerro de La Pez. Brotó el 3 de abril de 1904. Se descubre uno de los mejores campos de México y el mundo. Hasta la fecha, se han utilizado equipos de perforación muy diversos como se observará en el desarrollo de este trabajo.

En la figura 1 se presenta la clasificación de los equipos que actualmente operan en la industria petrolera. I. EQUIPOS TERRESTRES Los equipos terrestres se clasifican en equipos convencionales y autotransportables. La diferencia es

Figura 1

Aquí se describirán los principales componentes de los equipos terrestres y marinos. Brevemente se mencionarán sus principales características como: capacidad mecánica, dimensión del equipo, potencia, carga máxima y facilidad de transporte. El objetivo es familiarizar al lector con los componentes principales de los equipos de perforación, así como mostrarle los utilizados en el país y en algunas partes del mundo. Estos equipos son terrestres, barcazas, plataformas fijas y autoelevables; barcos, semisumergibles y equipos de reciente tecnología, empleados para la perforación de pozos petroleros costafuera.

que los primeros tienen mayor capacidad en la profundidad de perforación y los segundos, disponen de un conjunto de malacate-motores C.I. montados sobre un remolque que se autotransporta. Así, cuenta con mayor facilidad de transporte de una localización a otra, pero con menor capacidad en la profundidad de perforación. Componentes de un equipo de perforación terrestre Un equipo de perforación terrestre cuenta básicamente con los siguientes componentes: sistemas de elevación y rotación; un mástil que sirve de soporte, una fuente de potencia, y un sistema de circulación.

* MATT- Se le da ese nombre por el arreglo que es parecido a una mantarraya y que es el conjunto de patas y una plancha de la plataforma autoelevable que sirve como base de sustentación y que se posiciona en el fondo para elevar el casco a la altura de trabajo. **TLP Tension Leg Platforms (plataformas con piernas tensionadas)

3



soportar de lado. El mástil debe soportar el peso de la sarta en todo momento, mientras la sarta está suspendida del block de la corona y cuando descansa en la mesa rotaria. Las construcciones del mástil son de acero estructural y pueden ser: > Portátiles > Fijos Consideraciones para el diseño 1) El mástil debe soportar con seguridad todas las cargas (jalón) o soportar cargas que excedan la capacidad del cable. 2) Deberá soportar el empuje máximo de la velocidad del viento. 3) La plataforma de trabajo tiene que estar a la altura apropiada de las paradas (tramos de tubería a manejar). Cálculo de la capacidad del mástil (CM) Para calcular la capacidad del mástil se emplean las fórmulas siguientes: Figura 2 equipo de perforación terrestre.

Mástil: Es una estructura de acero con capacidad para soportar seguramente todas las cargas verticales, las cargas que excedan la capacidad del cable, y el empuje máximo de la velocidad del viento. La plataforma de trabajo tiene que estar a la altura apropiada para sacar la tubería del pozo en secciones de tres juntas de tubo (lingadas) que miden aproximadamente 27m. dependiendo del rango de la tubería. Se erige sobre una subestructura. Ésta sirve para dos propósitos principales, a) soportar el piso de perforación, así como facilitar espacio para el equipo y personal y b) proveer espacio debajo del piso para alojar los preventores de reventones. La subestructura no sólo soporta el peso de la mesa rotaria, sino el peso completo de la sarta, cuando está suspendida por las cuñas. Los mástiles se clasifican de acuerdo a su capacidad para soportar cargas verticales y a la velocidad del viento que pueda

4

Eficiencia (η) = (carga real/carga equivalente) x 100 Capacidad mástil = (Carga suspendida x Núm. de cables totales)/ ( η x Núm. de cables de la polea viajera) + peso corona + peso polea viajera. Ejemplo ¿Qué porcentaje de la capacidad ( η ) de diseño del mástil (2 piernas ) puede utilizarse si se tienen seis líneas en la polea viajera y ocho líneas en la corona con la línea muerta fija a una pierna derecha del mástil? Datos T = Tensión en cada cable = W/6 Carga total en el mástil = 8T (T= tensión) Carga centrada absorbida por cada una de las piernas del mástil = 6T/2 = 3T Carga de la línea de la cabría o rápida 0.5 T. Carga total en una pierna = carga centrada + carga

TABLA A.2 EQUIPOS SEMISUMERGIBLES COMPAÑÍA

ACTINIA CORP. BEAUDRIL LIMITED BEN ODECO Ltd BLANDFORDSHIPPING Co. BOMBAY OFFS.SUPPLIES & SERVICES Ltd. BRITISH PETROLEUM DEV. CHINA NATIONAL OFFSHORE OIL CORP. DIAMOND M OFFSHORE INC.

NOMBRE CARGA AL DEL GANCHO EQUIPO (LB) ACTINIA 1,000,000 OMEGA 1,250,000 BENVRACKIE 1,400,000 HUNTER 1,000,000 MARGIE 1,400,000 KULLUK 1,400,000 OCEAN BENLOYAL 1,000,000 BIDEFORD DOLPHIN 1,400,000 BOSS PRITHVI 1,392,000 SEA EXPLORER NAN HAI 2 NAN HAI 5 NAN HAI 6 D. M CENTURY D. M EPOCH AMETHYST

DIVING WORKOVERS CONTRACTORS AMETHYST DRIIL MAR S.A. DRIILMAR 1 FRED OLSEN OFFSHORE BORGNY DOLPHIN KOREA DRILLING Co. Ltd. DOO SUNG KS ASTERIE ASTERIE K/S DEEP SEA DRILLING Co. DEEPSEA BERGEN K/S HUNTER HUNTER KS SOUTHERN CROSS SOUTHERN CROSS LAURITZEN OFFSHORE DAN BARONESS (DIV. OF J.L. LAURITZEN A/S) NEDDRILL B.V. NEDDRILL 6 LOEWS SAN ANTONIO HOTEL CLIFFS' MARLIN7 MAERSK DRILLING M. JUTLANDER FORAMER S. SEA DRILLER GLOMAR MARINE DRILLING CO. GLOMAR BISCAY 1

1,300,000 1,000,000

DIMENSIONES (PIES) 270 X 167 X 116 334 X 210 X 118 355 X 221 X 120 290 X 200 X 95 202 X 182 X 110 265 X 60 355 X 221 X 120 354 X 222 X 120 330 X 205 X 126

TIRANTE ALCANCE DE AGUA (PIES) (PIES) 1,500 25,000 230 - 1,500 30,000 660 25,000 1,500 30,000 600 20,000 60 - 600 20,000 1,200 25,000 1,518 19,800 1,000 25,000

MIDLAND & SCOTTISH RESOURCES PLC

NYMPHEA CORP. ODECO INC.

INA NAFTAPLIN INDUSTRIA PETROLERA DE CAMPECHE JAPAN DRILLING Co. Ltd JOSAM MARINE INVESTMENTS/STENA U.K. Ltd. ODECO / AMPOL / AIDC PDFJELL DRILLING & CONSUL. PAN PRODUCER KS PENROD DRILLING Co.

1,000,000 1,000,000 700,000

1,500 1,475 1,500 1,500 800 1,200 985

25,000 26,900 25,000 25,000 30,000 30,000 15,000

1,300,000 1,250,000 1,000,000 1,000,000 1,100,000 450 mt 1,000,000 1,300,000

270 X 203 X 116 363 X 221 X 120 295 X 228 X 116 338 X 325 X 317 303 X 220 X 113 355 X 221 X 120 260 X 158 X 95 320 X 293

1,500 1,500 1,500 660 1,500 1,500 1,500 650

25,000 25,000 25,000 20,000 25,000 25,000 20,000 25,000

2,600 t 2,900 mt 2,000 st 2,000 st

1,200,000 1,000,000 1,250,000

378 X 260 X 140 222 X 175 X 16 308 X 233 X 110 355 X 221 X 120 320 X 266 X 128

1,500 1,000 1,200 1,000 1,000

25,000 30,000 25,000 20,000 25,000

3,000 t 4,000 3,450 mt 2,496 lt 2,500 st

1,000,000

PERFORADORA MÉXICO PETRÓLEO BRASILEIRO S.A. (PETROBRÁS)

NOMBRE DEL EQUIPO SINDBAD SAXON

CARGA AL GANCHO (LB) 1,330,330

NYMPHEA OCEAN BOUNTY OCEAN ENDEAVOR OCEAN KOKUEI OCEAN VICTORY OCEAN DRILLER OC. LIBERTADOR OCEAN NOMAD OCEAN SCOUT OCEAN TRAVELER ZAGREB 1 LA MURALLA

1,000,000 1,000,000 1,254,000 1,000,000 1,000,000 952,000 1,000,000 1,000,000 1,000,000

HAKURYU III 1,333,000 HAKURYU IV 1,330,000 HIGH SEAS DRILLER 1,400,000 OCEAN DIGGER CHRIS CHENERY PAN PRODUCER PENROD 70 PENROD 73 MÉXICO PETROBRÁSVII PETROBRAS IX PETROBRAS X PETROBRAS XIII PETROBRAS XXI

2,668 st 2,000 st 7,717 t 3,220 mt 2,015 lt 4,000

300 X 250 X 130 355 X 221 X 130 285 X 223 X 110 285 X 223 X 110 270 X 173 X 85 290 X 200 X 95 246 X 165

TABLA A.2 (CONT.) EQUIPOS SEMISUMERGIBLES

COMPAÑÍA

PESO DEL POTENCIA EQUIPO (KLB) (HP) 3,200 mt 3,300 ton.

1,000,000 1,100,000 1,150,000 1,081,000 1,050,000 1,400,000 1,000,000 1,000,000 1,000,000 1,300,000

DIMENSIONES (PIES) 320 X 293 269 X 197 X 118 352 X 266 octog. 323 X 266 octag. 319 X 266 octag.

TIRANTE ALCANCE DE AGUA (PIES) (PIES) 1,000 25,000

377 X 377 X 377 355 X 221 355 X 221 X 120 214 X 194 365 X 217 X 338 X 326 X 313 355 X 221 X 120

1,500 1,500 1,500 600 600 800 600 1,250 1,000 1,000 1,200 1,000

25,000 25,000 25,000 25,000 25,000 20,000 25,000 25,000 25,000 20,000 20,000 25,000

331 X 219 X 115 343 X 220 X 115 236 X 207

1,000 1,650 1,500

30,000 30,000 25,000

350 X 217 270 X 223 X 140 332 X 318 X 132 245 X 185 X 95 270 X 200 X 116 355 X 221 355 X 221 X 120 355 X 226 X 120 343 X 330 X 115 302 X 226 X 130 233 X 197 X 108

800 600 600 800 1,500 1,000 660 1,200 1,200 1,200 600

20,000 25,000 20,000 30,000 30,000 25,000 25,000 20,000 30,000 25,000 25,000

3,500 t 4,310 t 2,350 2,240 st 2,512 st 1,600 mt 4,000 lt 2,450 lt 4,000 lt

3,000

3,000 cv 3,000

1,600 2,000

PESO DEL POTENCIA EQUIPO (KLB) (HP) 2,000 lt 3,200 mt

2,250 mt

2,500 t

3,000

750 3,000 3,000 3,000

4,720 t 5,500 t 4,100 mt 2,200 st

3,000

1,785 lt 2,600 mt 6,070 t 2,350 t 2,900 t 1,200 st

49



TABLA A.1 (CONT.) EQUIPOS AUTOELEVABLES COMPAÑÍA

PETROMAR

READING & BATES REDWOOD SHIPPING RINGDAL HOLDING S.A. SMEDVING DRILLING Co. A / S ROWAN COMPANIES Inc.

SAIPEM SANTA FE DRILLING Co. SANTA FE DRILLING Co. SEDCO FOREX

NOMBRE DEL EQUIPO ATLAS,FORTUNA JÚPITER ORIZONT Y SATURN W.T. ADAMS GEORGE H. GALLOWAY F.G.McCLINTOCK MONTREAL I PRODUCTION PIONER WEST BETA WEST GAMMA ARCH ROWAN ROWAN FT. WORTH ROWAN ALASKA R. GORILLA II,III,IV PERRO NEGRO2 PERRO NEGRO3 PERRO NEGRO5 GALAXY I GALVESTON KEY TRIDENT II TRIDENT IX TRIDENT X TRIDENT XII KEY GIBRALTAR

CARGA AL GANCHO (LB)

DIMENSIONES

704,000

172 X 134 X 21

300

19,800

1,820 t

2,300

1,392,000 1,330,000

243 X 200 X 26 180 X 175 X 25

300 300

25,000 25,000

5,192 1,700 st

2,000 2,000

1,300,000 1,248,000 1,000,000

230 X 200 X 26 236 X 236 X 26 195 X 200 X 22

300 370 370

25,000 25,000 20,000

1,865 st 3,200

¿Cuál será la capacidad del mástil antes señalado si la carga a levantar (carga suspendida) es de 200,000 lb y si se cuenta con un arreglo de poleas de seis líneas?

1,400,000

230 X 212 X 27 230 X 212 X 27 243 X 200 X 26 2447 X 200 X 26

350 350 300 300

20,000 25,000 25,000

3,200 mt 4,000 mt 1,600 t 1,600 t

Capacidad mástil = (Carga suspendida x Núm. de cables totales)/ ( η x Núm. de cables de la polea viajera) + peso corona + peso polea viajera.

247 X 200 X 26 297 X 292 X 30 243 X 200 180 X 175 200 X 186 X 22 237 X 250 X 35 247 X 200 X 26 237 X 200 X 26 250 X 246 X 29 245 X 286 X 24 212 X 210 X 26 248 X 200 X 26

300 328 300 300 300 400 300 300 400 300 300 300

20,000 30,000 21,000 20,000 25,000 30,000 25,000 25,000 21,000 25,000 25,000 25,000

1,600 t 3,200 t 1,520 mt 1,905 mt 1,500 t 8,300 4,671 1,610 st 2,694 st 2,760 st 4,950 3,915

1,000,000 1,000,000 1,000,000 1,250,000 1,300,000 1,350,000 1,000,000 2,000,000 1,250,000 1,330,000 1,392,000 1,400,000 1,000,000

(PIES)

TIRANTE ALCANCE PESO DEL POTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (KLB) (HP)

línea muerta + carga línea cabría o rápida Sustituyendo

1,504

Carga total en una pierna = 3T + 1T +0.5 T = 4.5T ( η ) eficiencia = (carga real / carga equivalente) x 100 = (8T/9T) x 100 = 88.88 % EJEMPLO

Sustituyendo C.M. = (200 000 lb x 8 )/( 0.88 x 6)+ 6000 lb = 309,030.3 lb 3,000 3,000

Cap. del mástil con 4 líneas: Es igual 8.75 la tensión del cable (peso al gancho/núm de líneas) Cap. del mástil con 6 líneas: Es igual 11.25 la tensión del cable (peso al gancho/núm de líneas)

Carga al ancho en toneladas 20 75 100 125 50 75 100 125 50 75 100 125 50 75 100 125

Num. de Factor línea 4 4 4 4 6 6 6 6 8 8 8 8 10 10 10 10

8.75 8.75 8.75 8.75 11.25 11.25 11.25 11.25 13.75 13.75 13.75 13.75 16.25 16.25 16.25 16.25

Capacidad del mástil un toneladas 109 164 219 273 94 141 188 234 86 129 172 215 81 122 163 203

Tabla 1 datos prácticos para la capacidad del mástil

3.- Sistema diesel eléctrico c.a./c.d 1.-Los equipos de perforación diesel mecánicos (convencional) son aquéllos en que la transmisión de energía - desde la toma de fuerza del motor diesel de combustión interna - hasta la flecha de entrada de la maquinaria de perforación (malacate, rotaria y bombas de lodo), se efectúa a través de convertidores de torsión, flechas, cadenas, transmisiones, cuya eficiencia mecánica varía y generalmente anda por el orden de 60% promedio (figura 3).

Cap. del mástil con 8 líneas: Es igual 13.75 la tensión del cable (peso al gancho/núm de líneas)

TABLA A.1 (CONT.) EQUIPOS AUTOELEVABLES COMPAÑÍA SONDENFJELDSKE ENERGY K / S TECHFOR DRILLING Co., Ltd. TRANSWORLD DRILLING Co.

NOMBRE DEL EQUIPO SONAT DF 87

ANDROS TRANSOCEAN 5 TRANSWORLD62 TRANSWORLD64 MR. MAC UNAP KOLSKAJA WESTERN OCEANIC Inc. WEST. APOLO I ZAPATA OFFSHORE Co. BONITO II

t= st = lt = mt =

48



DIMENSIONES (PIES) 200 X 186 X 22

1,392,000 1,000,000 1,050,000 1,500,000 1,500,000 1,330,000 1,050,000 1,300,000

212 X 210 X 26 243 X 200 X 26 166 X 109 X 20 234 X 210 X 26 297 X 292 X 30 227 X 262 180 X 175 X 25 180 X 175 X 25

TIRANTE ALCANCE PESO DEL POTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (KLB) (HP) 300 25,000 3,600 300 300 300 300 328 300 300 300

20,000 20,000 20,000 25,000 25,000 21,000 25,000 25,000

4,750 4,400 2,500 t 2,250 t 3,250 t 2,650 mt 3,419


GCA- Generador de corriente alterna

A continuación se presenta una tabla calculada con la tabla de datos prácticos:

BBA.1- Bomba de lodos 1 BBA.2- Bomba de lodos 2

Sistema de energía

M-1 - Motor - 1

Para llevar a cabo los trabajos de perforación se cuentan con tres tipos principales de equipos, de acuerdo al sistema generador de potencia:

M-2 - Motor - 2 M-3 - Motor - 3

1.- Sistema diesel mecánico (convencional) 2.- Sistema diesel eléctrico c.d./c.d. Figura 3

5



2.- Los equipos de perforación con sistema c.d./c.d. usan generadores y motores de corriente directa que tiene una eficiencia aproximada de un 95%. La eficiencia real en conjunto con la maquinaria de perforación es de 87.5% debido a pérdidas adicionales en los requisitos de fuerza de los generadores por inducción en el campo, soplador de enfriamiento, temperatura en conmutador, escobillas y longitud del cable alimentador. En este sistema, la energía disponible se encuentra limitada por la razón de que sólo un generador c.d. se puede enlazar eléctricamente a un motor c.d. dando por resultado 1600 H.P. disponibles para impulsar el malacate (figura 4).

corriente (alterna a directa) scr´s (silicon controlled rectifier). Obtienen una eficiencia de un 98%; cuya energía disponible se concentra en una barra común (PCR) y puede canalizarse parcial o totalmente a la maquinaria de perforación (rotaria, malacate y bombas) que se requiera. La ventaja de este sistema es tal que, en un momento dado y de acuerdo a las necesidades, toda la potencia concentrada en las barras podría dirigirse o impulsar al malacate principal teniendo disponible una potencia de 2000 H.P. (Figura 5).

DIESEL ELECT. CA/CD

DIESEL ELECT. CD/CD

CD

CD

M

M

CA

CA

M3

M2

M1

M1

CA

CA

GREAT BRITAIN NORTH KOREAN GOVERNMENT ODECO INC.

CA

P.C.R.

CD

T S. AUX.

C.C.M.

CA CD

S. AUX CD

B 1

CD B 1

B 2

M = Motores CD = Corriente directa CA = Corriente alterna CCM = Cuarto de tablero de control B = Bombas

MALACATE 2100 HP

CD

EFICIENCIA = 85 % Figura 4

3.- Los equipos de perforación con sistema c.a./c.d. (corriente alterna/ corriente directa) están compuestos por generadores de c.a. y por rectificadores de

6

CD

CD

Figura 5

B 2

COMPAÑÍA MAHINDRA AND MAHINDRA

M3

M2

TABLA A.1 (CONT.) EQUIPOS AUTOELEVABLES

PCR =Panel Control Room (cuarto de control de motores) M = Motores CA = Corriente alterna CD = Corriente directa B = Bombas T = Transformador

MALACATE 2100 HP EFICIENCIA = 98 %

NOMBRE DEL EQUIPO ILE d'AMSTERDAM MARINE 7 MORECAMBE FLAME EDNASTAR

OCEAN KING OCEAN TITAN ODEBRECHT NORB II PERFURACOES Ltda. NORBE V OIL &NATURAL GAS SAGAR KIRAN COMIMISION, INDIA SAGAR GAURAV SAGAR JYOTI SAGAR PRAGATI PENROD 53 PENROD 60 PENROD DRILLING Co. PENROD 66 PENROD 80 PENROD 81 PENROD 82 PERFORACIONES AZTECA MARÍTIMAS MEXICANAS MAYA PERMARGO CHICHEN ITZA INTERNATIONAL Corp. Y UXMAL PETROBRÁS III PETROBRÁS PETROBRÁS VI PETROBRÁS XI PEMEX HOLKAN PERFORADORA MÉXICO JALAPA


1,400,000 500,000

1,000,000 1,700,000 1,280,000 1,200,000 1,392,000 1,392,000 1,392,000 1,392,000 1,531,200 1,000,000 1,044,000 1,000,000 1,000,000 1,000,000 1,392,000 1,400,000 1,000,000 1,000,000 1,000,000


TIRANTE ALCANCE PESO DEL POTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (KLB) (HP) 300 20,000

194 X 115 X 20 243 X 200 X 26

377 300

25,000 10,000

236 X 212

300

25,000

230 X 200 X 26 230 X 200 X 26 208 X 178 X 20 204 X 187 X 23 212 X 210 X 26 221 X 220 X 27 216 X 200 X 22 275 X 239 X 22 180 X 167 X 23 230 X 200 X 26 247 X 200 X 26 247 X 200 X 26 243 X 200 X 26 243 X 200 X 26 208 X 178 X 22 208 X 178 X 22 243 X 200 X 26

300 350 300 300 300 300 300 300 300 340 320 250 250 300 300 300 300

25,000 25,000 20,000 20,000 20,000 20,000 20,000 20,000 30,000 30,000 30,000 25,000 25,000 25,000 25,000 25,000 20,000

225 X 209 X 25 2443 X 200 X 26 197 X 186 X 23 220 X 190 X 26 200 X 186 X 22

300 300 300 300 300

25,000 16,500 25,000 20,000 25,000

5,000 4,881

5,151 3,500 t 1,500 t 3,765 t 2,813 t 2,250 mt 2,060 mt 2,969 4,261 4,071 4,016 4,722 5,150 1,500 st 1,800 t 4,000 t

3,000

2,000 2,000

3,190 1,300 mt 1,800 mt

Transmisión de energía Se tienen dos métodos comunes utilizados para transmitir la potencia hasta los componentes de la instalación: el mecánico y el eléctrico. En una instalación de transmisión mecánica, la energía se transmite desde los motores hasta el malacate, las bombas y otra maquinaria. Se hace a través de un ensamble de distribución que se compone de embragues, uniones, ruedas dentadas, poleas y ejes.

47



ANEXO

En una instalación diesel eléctrica, los motores suministran energía a grandes generadores que a su vez producen electricidad que se transmite por cables hasta un dispositivo de distribución y de éste a los motores eléctricos que van conectados directamente al equipo: el malacate, las bombas de lodo y la mesa rotaria.

TABLA A.1 EQUIPOS AUTOELEVABLES NOMBRE CARGA AL DEL GANCHO EQUIPO (LB) PERFURACAO Ltda/D,inc. ANDRADEVI 1,000,000 ATWOOD OCEANIC VICKSBURG BROBEKK A/S NEWBUILDING 1,500,000 BROEVIG MONTREAL IV BUREAU OF MARINE KAN TAN 2 1,392,000 RIGMAR 300 Ltd RIGMAR 301 1,400,000 CHILES OFFSHORE GULFSTAR 1,000,000 CORP. YUCATAN 1,300,000 CINTRA INC. SHELF DRILLER 1,392,000 DIAMOND M DIAMOND M 99 1,330,000 DUAL DRILLING Co. 38 1,360,000 41 1,000,000 GALAXY OFFSHORE LOSSBROCK G. 1,000,000 GERUDI SATU SDN BHD PARAMESWARA 1,044,000 G. ADRIATIC 1,300,000 GLOBAL MARINE GLOMAR BALTIC. 1,300,000 DRILLING Co. G. LABRADOR 1 1,300,000 G.MORAY FIRTH 1,300,000 G. MAIN PASS I 1,300,000 GRACE OFFSHORE Co. VANGUARD II 1,000,000 GREAT ATWOOD Ltd. KEDARNATH HITECH DRILLING HITDRILL I 1,392,000 SERVICES INDIA Ltd INA NAFTAPLIN LABIN 1,000,000 PANON 500,000 JFP ENERGY, INC. JFP ELEVEN 1,400,000 LOEWS SAN ANTONIO CLIFFS' MARLIN 6 1,000,000 HOTEL Corp. C. MARLIN 17 1,000,000 M. ENDEAVOUR 1,000,000 MEARSK DRILLING M. ENDURER 1,000,000 M. VALIANT 1,000,000 COMPAÑÍA

DIMENSIONES

TIRANTE ALCANCE PESO DEL POTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (PIES) (KLB) (HP) 231 X 200 X 26 350 25,000 3,750 248 X 200 X 26 300 25,000 1,800 t 2,000 243 X 200 X 26 300 25,000 3,250 3,000 300 25,000 3,500 213 X 212 X 27 300 20,000 213 X 212 X 27 300 25,000 7,000 208 X 178 X 23 300 30,000 3,000 180 X 175 X 25 300 25,000 4,200 3,000 216 X 216 X 216 300 25,000 208 X 178 X 23 300 30,000 1,500 t 180 X 175 X 25 300 25,000 4,200 180 X 175 X 25 300 25,000 5,400 180 X 175 X 25 300 25,000 4,750 212 X 210 X 26 300 25,000 4,950 270 X 268 X 28 375 25,000 3,440 st 270 X 268 X 28 375 25,000 3,440 st 265 X 303 X 24 300 25,000 2,450 st 280 X 321 X 26 325 25,000 3,130 st 180 X 175 X 25 300 25,000 1,785 st 180 X 175 300 25,000 5,400 248 X 200 X 26 300 20,000 1,800 t 2,000 212 X 210 X 26 300 21,000 2,475 t 200 X 186 X 23 208 X 172 X 22 236 X 236 X 30 208 X 178 X 122 157 X 132 X 18 226 X 259 X 27 203 X 168 X 22 219 X 190 X 25

300 300 350 300 200 300 250 300

20,000 20,000 25,000 30,000 20,000 25,000 25,000 25,000

4,000 t 3,798 2,700 t 3,013 1,800 mt

2,000

Una de las ventajas principales del sistema diesel eléctrico sobre el sistema mecánico - es la eliminación de la transmisión de la central de distribución y la transmisión de cadenas, así como la necesidad de alinear la central de distribución con los motores y el malacate. Los motores se colocan lejos del piso de instalación, reduciendo así el ruido de los motores. Sistema de elevación El factor más importante para el diseño es la SARTA DE TRABAJO. Diseño del sistema de elevación El punto de partida en el diseño de un equipo de elevación debe ser el sistema de aparejo de poleas. La potencia en caballos de fuerza (HP) requeridas para levantar las sartas de trabajo se calcula con la siguiente fórmula: HP= Fuerza (F) x Velocidad (v) Si F en Kg y v m/seg y 1HP = 75Kg m/seg=4500Kg m/min o Kg. X m /min. HP= Kg X m/seg. 75 4500 Nota: La fórmula no incluye pérdidas por fricción; cuando éstas se toman en cuenta queda claro que las necesidades de potencia serán mucho mayores. Sistema de aparejo de poleas Para reducir la fuerza requerida y sacar la tubería se utiliza el dispositivo mecánico: llamado sistema de aparejo de poleas (figura 6).

46

Figura 6

TRABAJO = 136,200 X 0.3 = 40,860 kg-m Si la carga se levanta en un segundo, se tendrá una potencia que se expresa con la fórmula siguiente: POTENCIA = TRABAJO / TIEMPO TRABAJO = 40860 kg-m POTENCIA = 40860 kg-m/s En el cálculo de los caballos de fuerza (HP) que son necesarios para efectuar el trabajo anterior se desarrolla lo siguiente. La unidad normal de potencia es el caballo de fuerza (HP) y se expresa en el sistema métrico como : 1 caballo fuerza (HP) = 75 kg-m /seg HP = (kg-m / seg ) / 75 HP = (40860) / 75 = 544.8 HP Requeridos = 544.8

Ejemplo: de un aparejo de una polea

En este ejemplo (figura 6), la distancia del recorrido del cable en el malacate es la misma que recorre la carga, dado que el enrollado del cable es directo.

El peso (W) de la tubería que está dentro de un pozo es de 136,200 Kg y se eleva a 0.3 m. Por lo tanto se realiza un trabajo que se expresa: TRABAJO = FUERZA X DISTANCIA

En la figura 7 el sistema de elevación es diferente. El cable se encuentra enrollado alrededor de 3 poleas en la corona y 2 en la polea viajera (anclado a la pierna del mástil). Sin embargo, se requiere hacer el

7



Poleas en la corona

Línea muerta Línea rápida

Mástil

Trabajo = 34,050 kg x 1.2 m = 40,860 kg-m Potencia = Trabajo / tiempo Potencia = (40,860 kg-m) / 1 seg.= 40860 kg-m/seg. HP = ( kg-m/seg. ) / 75 HP = ( 40860 ) / 75 = 544.8 HP requeridos = 544.8 Combinaciones de aparejos

Poleas

Viajeras

El número de poleas y el arreglo del cable a través de ellos son importantes. Un fenómeno del sistema de aparejo de poleas es que la carga real en la estructura es mayor que el peso real levantado. Análisis de esfuerzos en el mástil debido a la combinación de aparejos. Con una polea (figura 8)

Figura 7

mismo trabajo. Es decir, levantar la tubería a 0.3 m en un segundo y conocer los caballos de fuerza (HP) necesarios para levantar dicho peso aplicando la misma fórmula. HP = Fuerza x distancia / (75 x tiempo) La distancia que recorre el cable en el malacate para levantar a 0.3 m la carga en este sistema (4 líneas) será: Distancia recorrida en el malacate = número de líneas x distancia recorrida por la carga. Distancia recorrida en el malacate = 4 x 0.3 = 1,2 m. Fuerza del malacate = Peso de la carga / núm. de línea del cable aplicando Fuerza del malacate =136,200 kg/4 líneas=34,050 kg. Trabajo del malacate =Fuerza x distancia

Figura 8

Con aparejo de 3 poleas en la corona y 2 viajeras y ancla en la pierna del mástil (figura 9) Con el mismo número de poleas, pero con el ancla en la polea viajera (figura 10). Figura 50. Equipo de perforación con 7 paquetes.

8

45


2.-¿Para qué es usada y cuál es la capacidad de movimiento de una plataforma autoelevable? Es una plataforma especial usada para perforación y reparación de pozos. Tiene la capacidad de moverse, de un lugar a otro - por autopropulsión o remolcadores. 3.-En una plataforma semisumergible ¿cuáles son sus principales miembros y cuál es la función de los mismos? Son los cascos inferiores longitudinales (pontones). Se encuentran sumergidos. Esto permite incrementar el periodo fundamental en sustentación de la estructura, evitando la resonancia con el oleaje. También reduce los cambios laterales generados por dicho oleaje. 4.-¿Cuál es la característica principal y la desventaja de los barcos perforadores? Son los más móviles de todas las unidades de perforación marina. También son los menos productivos. La configuración que les permite alta movilidad, les resta eficiencia al perforar debido a su superficie de contacto con el mar. Desarrollan respuestas muy grandes de movimiento vertical. 5.-¿Cuál es la diferencia de una plataforma con piernas tensionadas (TLP) a una semisumergible? La plataforma TLP se encuentra anclada al fondo por medio de elementos verticales y de una estructura fabricada de acero estructural y cimentada mediante pilotes. También se usa para perforar, recuperar y producir pozos, casi en forma simultánea. 6.-¿Cuál es la característica de los equipos fijos de perforación? La característica es que se encuentran asentados sobre el suelo marino, y consisten de estructuras metálicas y/o concreto, que se extienden desde el lecho marino hasta la superficie. 7.-¿Cuáles son los componentes de una plataforma fija? Subestructura Módulo Superestructura

44


Malacate: Es la unidad de potencia más importante de un equipo. Por lo tanto, su selección requiere de una mayor cuidado al adquirir los equipos o, en su caso, al utilizarlos en un programa específico.

8.-¿Qué es una estructura aligerada? Es un equipo de perforación de menor capacidad que los convencionales y su aplicación es para la perforación y reparación de pozos costafuera.

Los malacates han tenido algunos cambios evolutivos, pero sus funciones son las mismas. Es un sistema de levantamiento en el que se puede aumentar o disminuir la capacidad de carga, a través de un cable enrollado sobre un carrete.

Bibliografía 1. Informe final del proyecto CDC-0406 Asimilación de la tecnología de perforación, terminación y reparación de pozos en aguas profundas, Instituto Mexicano del Petróleo,1999. 2. Manual Offshore Operations, Ron Baker en colaboración con International Association of Drilling Contractors Houston, Texas y Petroleum Industry Training Service Canada, 1985. 3. Revista Técnica World Oil octubre de 1999, Vol. 220 No.10.

Figura 9

w w w w w w 6 w 4 4 4 4 4 4 4 3 w 1.5w 2


4. Revista Técnica HART´S E&P de enero del 2000. 5. Revista Técnica HART´S E&P Supplement de 1999.

Poleas

Viajeras

El malacate está instalado en una estructura de acero rígida. Esto permite que pueda transportarse con facilidad de una localización a otra. (Ver figura 11).

6. Revista Técnica Advances FMC, de 1997. 7. Revista Técnica PEMEX Catálogo general de servicios del 2000. 8. Información Técnica recopilada de la SS Mata Redonda, 1999.

Figura 11 Malacate.

Figura 10

w w w w w w 6w 1.2 w 5 5 5 5 5 5 5 Conclusiones :

Considerando que todos los componentes de un equipo son adecuados, la capacidad del equipo se limita a la carga que el malacate pueda levantar y sostener con seguridad.

1. La carga real ejercida sobre el mástil es mayor que la carga por levantar.

Con el propósito de obtener un diseño balanceado del equipo que beneficie en un menor costo y una vida útil mayor de éste, se deberán analizar con cuidado los siguientes factores:

2. A medida que aumenta el número de poleas, disminuye la carga real sobre el mástil.

Factores importantes en el funcionamiento de un equipo:

3. Fijar la línea muerta sobre la polea viajera reduce la carga en el mástil. 4. El uso de poleas disminuye la fuerza necesaria entre las líneas para mover una carga dada.

Potencia de entrada Factores de diseño del cable Frenos de fricción del malacate Dimensiones del carrete Relación de velocidad Embrague de fricción Freno auxiliar (Hidromático)

9



Potencia de entrada Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo y causa un desplazamiento se dice que la fuerza realiza un trabajo. T = F x d. Las unidades usadas para medir el trabajo mecánico cuando la fuerza de una libra actúa a través de una distancia de un pie será: Lb - pie La velocidad con que se realiza el trabajo representa la potencia.

La potencia nominal de los malacates se establece para velocidades al gancho con 8 líneas en la polea viajera: Vg = 90 a 120 pie/min. Originado por los cambios tecnológicos en la perforación, cada vez es menor el número de viajes requeridos para perforar un pozo. Por lo tanto, la importancia de la velocidad económica del gancho ha disminuido; en consecuencia, podemos aceptar operar con velocidades menores en periodos cortos. En la gráfica 1 se observa como varía el caballaje requerido en función de la velocidad de extracción.

POT = (F x d)/t

DESPLAZAMIENTO: Peso KM L: Altura metacéntrica longitudinal arriba de la quilla. K: Quilla. KG: Distancia vertical de la quilla al centro de flo tación. M: Metacentro KM T: Altura metacéntrica transversal arriba de la quilla. MH1": Momento para inclinar una pulgada. MT1": Momento para bajar o subir una pulgada. TP1": Toneladas por pulgada de inmersión. GZ: Brazo de palanca de inclinación. G: Localización del centro de gravedad.

Figura 48. Transporte de equipos aligerados.

Momento de recuperación: Desplazamiento multiplicado por GZ.

Un caballo de fuerza (HP) es una unidad de potencia. Se dice que se desarrolla un HP cuando se efectúa un trabajo de 33,000 lbpie en un minuto ( o sea 550 lbpie en 1 segundo) HP = (F x d)/(t x 33000) La potencia que se utiliza en el gancho de la polea se representa: Pot. al gancho = Wg x Vg/33000

Figura 49. Plataformas de perforación y reparación Akal-P.

Wg = Peso total levantado en el gancho ( lb ) Vg = Velocidad de la tubería en el gancho ( pie/min) 33000 = Factor= 550 lbs-pie/seg x 60 seg. Pérdidas de potencia en el malacate. Se pierde por fricción en: transmisión + en cadenas de rodillo + en los rodamientos. Sistemas de poleas + Rozamiento con el cable. Pot. a manejar = pot. al gancho/eficiencia La eficiencia a manejar se puede establecer de E= 75 a 80%

10

K: Constante, definida por la agencia reguladora. Equipos fijos de perforación.

Gráfica 1


En la gráfica 2 se observa que al aumentar el peso, aumenta el tiempo de izaje (disminuye la velocidad) Ejemplo 1: Calcular la potencia en HP de un malacate que levantará un peso de 200,000 lb a una altura de 90 pies en un tiempo de 1 min. , sin considerar pérdidas. HP = F x d/(t x 33000) HP = (200,000 x 90)/(1 x 33,000) = (18,000,000/33,000) = 545.45 Ejemplo 2:

Figura 47. Super Sundowner Akal-L.

Momento de inclinación: Momento de volteo producido por el viento. Ángulo de inundación: Ángulo de inclinación al cual el agua entrará al casco a través de una abertura. Segunda intersección: Segundo cruce de las curvas de momentos de recuperación e inclinación.

1.-¿Cuál es la clasificación de los equipos marinos? Plataformas fijas: Octápodos Tetrápodos Trípodes Estructuras aligeradas Plataformas autoelevables: Piernas independientes Mat Flotantes: Barco perforador Semisumergible TLP

43



Factores de diseño del cable(1)

UBICACIÓN DE CONDUCTORES EN PLATAFORMA TETRAPODOS

N

1

2

3

4

5

6

El cable es un elemento de transmisión entre: el sistema de potencia y el trabajo de levantamiento del aparejo. Este cable se enrolla y desenrolla sobre el carrete del malacate para operar el sistema de poleas. En esta operación el cable se somete a condiciones muy severas, más que cualquier elemento del sistema de potencia.

Figura 45. Transporte de una plataforma fija.

El cable es doblado y desdoblado cuando corre sobre las poleas y se enrolla y desenrolla en el carrete sometiéndose a: rozamiento, escoriado, vibrado, torcido, compresión y estirado. Estos factores se dan en su ambiente abrasivo y de pobre lubricación. Por ello, se le debe de aplicar un FACTOR DE SEGURIDAD DE DISEÑO.

H

Figura 43 Ubicación de Conductores de un Tetrápodo.

PAQUETE

PESO

DIMENSIONES

(Ton.)

(m)

Habitacional

590

19.50X18.5X6.92

Presas

69

3.20X18.0X6.71

Líquidos

65

3.20X18.29X5.49

Maquinas

480

10.36X21.33X6.71

Almacenamiento

374

7.32X21.33X6.71

Bombas

330

7.93X21.33X6.71

Perforación

540

13.72X17.68X11.16

Figura 44

El tercer nivel cuenta con el equipo de perforación, malacate con unidad de potencia eléctrica, mástil telescópico de 3 etapas con Top Drive instalado, manifold de estrangulación y bomba koomey. El equipo auxiliar es un paquete de máquinas. Se divide en cuatro secciones. Las partes del paque-

42

Figura 46. Armado de una plataforma fija.

te son el patio de tuberías con 3 generadores Stewar Stevenson de 1875 kva, Marathon y cuarto de control; grúa de 80 ton, la cual se instala con apoyo de la grúa del complejo de producción, 4 contenedores con conexiones rápidas y mangueras (Ver figura 47.) Para efectuar los cambios de localizaciones de estos equipos entre plataformas, no se requiere el apoyo del barco grúa. Las unidades que componen el equipo se bajan a un barco abastecedor con el apoyo de la grúa del mismo equipo. (Ver figura 48 y 49). El tiempo de armado de la subestructura y mástil M400 HUAT con capacidad de 400,000 lbs es de 1 día y el del Top Drive de 750 HP es de 3 horas aproximadamente. El riel guía es telescópico. Glosario: Calado: Profundidad del casco sumergido. LCB: Centro de flotación longitudinal. VCB: Centro de flotación vertical.

Grafica 2

Calcular la capacidad de un malacate que levantará una carga (Wg) de 200,000 lb a una velocidad de extracción (Vg) de 90 pies/min. si su eficiencia de transmisión (E) es del 80% HP teórica = Wg x Vg/(33,000) HP teórica = (200,000 x 90)/ 33,000 = 545.45

La resistencia de un cable depende de su: construcción, resistencia del material y diámetro. El cable que normalmente se usa tiene una construcción clasificada como 6 X 19 Seale con centro de cable independiente. El número 6, se refiere al número de madejas que rodean el núcleo de cable de acero independiente. El número 19, indica que cada madeja tiene 19 alambres: un alambre central rodeado por nueve alambres delgados y éstos a su vez por nueve alambres más gruesos.

Como se tiene una eficiencia de 80% la potencia requerida será : HP requerida = 546/ 0.80 = 682.5 La capacidad del malacate es 683 HP Nota: Para una potencia determinada, la carga levantada es inversamente proporcional a la velocidad de levantamiento. V1 / V2 = W2 / W1

Figura 12

Esto significa que: A velocidad menor - mayor carga A velocidad mayor - menor carga (1) Boletín API RP PB Prácticas recomendadas en la aplicación, cuidado y uso del cable de acero para servicio petrolero 1957 (traducción al español y al sistema métrico decimal por Cables Mexicanos, S.A. con autorización del American Petroleum Institute).

11



En el diseño Seale el número de alambres internos de cada madeja es el mismo que el número de alambres externos. El material puede ser de alambre de alta resistencia conocido como ACERO MEJORADO o un acero de alta resistencia conocido como ACERO EXTRAMEJORADO (IWRC). La resistencia del cable (nuevo) es aproximadamente proporcional entre el cuadrado del diámetro nominal del cable. Para el cable de alambre extramejorado (IWRC), la resistencia al rompimiento nominal puede ser aproximadamente igual al multiplicar el cuadrado del diámetro del cable por 100,000 lb. Ejemplo: Diámetro del IWRC = 1 1/8 pulg = 1.125" Resistencia al rompimiento nominal D 2 = (1.125) 2 = 1.265625 Resistencia = 1.265625 x 100,000 lb = 126,562.5 lb / 2.2046 (Factor para convertir lb a kg ) = 57408.3 kg.

Cómo medir el diámetro del cable

paración de pozos costafuera. A continuación se describe las características principales de un equipo aligerado Nombre: COGNAC

El diámetro que se debe medir en un cable de acero, es el del círculo que circunscribe a los alambres más alejados del centro. De las medidas que se pueden tomar con un calibrador es la mayor. Si consideramos un eje transversal de la sección a medir que pase por el centro del cable y simultáneamente por los centros de dos torones opuestos, la distancia entre las tangentes nos da el diámetro correcto del cable.

Tipo de equipo: Super Sundowner 1,000 HP Nominal.

Siempre existe el peligro de que se forme una coca en un cable, si éste se desenrolla en forma incorrecta. Un carrete debe ser montado sobre gatos o sobre una tornamesa, de forma que gire mientras se remueve el cable, se debe aplicar suficiente tensión al cable mediante una tabla que actúe como freno sobre el borde del carrete; de esta forma se impide que se afloje el cable en el carrete (figura 14)

Figura 40. Plataforma trípode.

A continuación se muestran las dimensiones y pesos de un equipo de perforación de 7 paquetes (figura 44). Traslado y armado de las plataformas fijas

Los cables tipo cóndor (utilizados en perforación) son cables torcidos hacia la izquierda de 6 torones de 19 alambres cada uno sobre un alma de acero. Los cables tipo halcón son cables torcidos hacia la izquierda de 6 torones de 19 alambres cada uno sobre un alma de fibra.

Figura 42. Tetrápodo con una plataforma autoelevable.

Capacidad al gancho: 400 Kips (400,000 lbs). ESPECIFICCIONES DEL CABLE TIPO CONDOR 6X19 (ALMA DE ACERO) DIÁMETRO (pulg)

RESISTENCIA A LA ROPTURACION ACERO EXTRAMEJORADO 6X19 EFECTIVA

0.75 0.875 1.00 1.125 1.25 1.375 1.5 1.625 1.75 1.875 2

26.7 36.1 46.9 59 72.5 87.1 103 120 139 158 180

Distribución del equipo. 1

3

UBICACIÓN DE CONDUCTORES EN PLATAFORMA TRÍPODE

Tren malacate-mástil-superestructura en 3 niveles: N

Figura 41. Ubicación de conductores de un trípode.

En las siguientes ilustraciones se muestra el transporte y la instalación de las plataformas fijas (figuras 45 y 46). Para la distribución de este equipo es necesario una cubierta principal de 46.02 m de largo por 22.86 m de ancho y capacidad de carga de 4,000 toneladas.

Tabla 2

Estructuras aligeradas Son equipos de menor capacidad que los convencionales y su aplicación es para la perforación y reFigura 14

12

2

El primer nivel a 68 pies del nivel del mar, consta de dos tanques de pirámide con patines sobre las viguetas principales de la plataforma, cuando se requiere deslizar con auxilio de gatos hidráulicos, entre conductores de norte a sur o viceversa. En este nivel , se cuenta con 3 bombas de lodo, Preventor de 13 5/8" 5M: Esférico, doble y de corte Camerón "U". En el segundo nivel se tiene 3 presas de lodo con capacidad de 95 m3 (600 bls) con vibradores eléctricos, embudo, consola, línea de succión, desgasificador y vibradores de alto impacto, eliminador de sólidos y separador gas-lodo, eliminador de arcillas.

41



· Trípodes (tres patas) Son plataformas con estructuras y superestructuras de forma triangular sujetas por tres patas sobre pilotes de 36 pg de diámetro con espesores de 1.5 a 2 pg y tipo de acero ASTM- A-36 y ASTM-A-537. La penetración en el lecho marino de estos pilotes y conductores depende de la configuración del subsuelo que varía de 80 a 100 m. Generalmente, dentro de estas instalaciones se cuenta con preparación para tres pozos con conductores de 30 pg de diámetro (Ver figura 40). Debido a sus cortas dimensiones y capacidades de carga, no se pueden efectuar trabajos de mantenimiento de pozos con los equipos snubbing que actualmente operan en el área. Se fabrican e instalan con el objeto de proteger conductores, líneas de recolección y recepción a batería de los fluidos aportados por la formación. Este tipo de plataformas cuenta solamente con un nivel de trabajo donde se localizan el área de conductores y el helipuerto. En la parte inferior se localiza un muelle para embarcaciones. (Ver figura 41.) Para ubicar el número de conductores, se toma como referencia que el norte de la plataforma sea el costado de conductores, y el sur el área del helipuerto. Progresivamente se numeran de izquierda a derecha. · Tetrápodos (cuatro patas) Estas plataformas son fabricadas e instaladas con el mismo objetivo que las anteriores. Se diferencian en que están soportadas por cuatros patas con pilotes de 48 pg de diámetro y espesores de 1.25 pg de diámetro y espesores de 1.25 y 2.25 pg de acero tipo ASTM -A-36 y ASTM - A-537. Tienen preparación para un máximo de seis conductores de 30 pg de diámetro. (Ver figura 42.) Por sus dimensiones en este tipo de plataformas no se pueden efectuar intervenciones de mantenimiento de pozos con equipo snubbing. Para la identificación del número correspondiente a cada conductor, se tienen como referencia que el norte de la plataforma corresponde al costado de conductores y el sur, al helipuerto. Ubicado frente a los conductores de espalda al helipuerto se numeran progresivamente como se muestra en la figura 43.

40

A

C

B

F

E

D

DIMENSIONES DE PLATAFORMAS FIJAS DE PERFORACIÓN OCTÁPODOS A

B

C

D

E

F

(ton)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

2,500

35.35

21.67

2.44

2.30

13.14

14.30

3,500

44.50

21.64

2.44

2.30

13.14

14.30

4,000

44.50

21.64

2.44

2.30

13.14

14.30

Capacidad de

carga

TONELADAS

2,500

PLATAFORMAS AKAL- C,D,E,F,G,I,J NOHOCH- A,B ABKATUN- A AKAL-O

3,500

ABKATUN- C ,E AKAL-H,M,N,P,R,S ABKATUN- D ,F,,G,H,I,J,N,Q,S IXTOC- A

4,000

KU- A,F,H,M CHUC- A,B

Figura 13

POL- A,D

Figura 39. Capacidad de carga de plataformas fijas de perforación Octápodos.

13



2.- De trabajo: se encuentra a una altura de 20.7 m (68 pies) del nivel mar. En él se localizan los rieles de deslizamiento de la torre de perforación que parten paralelamente de norte a sur. Es importante señalar que estos rieles también se utilizan como apoyo a la subestructura que ocasionalmente se usa para intervenciones con equipo Snubbing. En este piso, se instalan la

zos se tiene un control del sistema de cierre de emergencia general. También se encuentran instaladas dos líneas hidráulicas de alta presión,

MODULO SUPERESTRUCTURA

SUBESTRUCTURA

Figura 37. Componentes de una plataforma fija.

ESPECIFICACIONES DEL CABLE TIPO HALCÓN 6 x 19 (ALMA DE FIBRA) RESISTENCIA A LA RUPTURA (ton) DIÁMETRO (pulg) ACERO EXTRAMEJORADO 6x19 EFECTIVA 0.75 23.8

Tabla 3

14

0.875

32.1

1.00

41.7

1.125

52.4

1.25

64.5

1.375

77.6

1.5

91.6

1.625

107

1.75

124

1.875

142

2

160

interconectadas al sistema que opera el preventor de arietes ciegos de corte y una línea para inyección de fluidos al espacio anular del pozo que se intervenga. Capacidad de carga y dimensiones

Figura 36. Plataforma fija de perforación.

mayor parte de las unidades de apoyo del equipo de perforación y mantenimiento de pozos, además de la unidad habitacional que se instala en el lado sur. También hay un área de embarcadero Es un tendido de pasillos protegidos por barandales tubulares a una altura de 3.7 m (12 pies) del nivel del mar. Comunica a los muelles ubicados en los lados este y oeste de la plataforma a una altura de 1.98 m (6 pies, 6 pg) del nivel del mar. En el área de muelles, se encuentran instaladas las conexiones para el agua y el combustible. Éstos se suministran a través de barcos abastecedores con mangueras flexibles. Para todos los po-

La capacidad de carga de las plataformas varía de 2,500 a 4,000 toneladas. En la siguientes figura y tabla se enlistan la capacidad de carga como las dimensiones para diferentes plataformas de perforación y los nombres de cada una. (Ver figura 38 y 39.)

Plataformas fijas protectoras Las plataformas fijas protectoras son estructuras metálicas permanentes, construidas con dimensiones proporcionales. Para operar equipos con base deslizante (cantiliver) se preparan con tres o cuatro conductores de 30 pg de diámetro. Se instalan al primer pozo perforado con equipo autoelevable, después de que haya concluido su etapa de perforación y el objetivo programado. Este tipo de plataformas, según su numero de patas, se clasifican en:

39



y el encargado del movimiento del equipo puede prepararse para el cambio de condiciones. Se disponen varias formas de acción: un jack-up puede bajar sus piernas, un semisumergible puede ser lastrado y un barco perforador puede alterar su curso para evitarlo, o cuando menos reducir el efecto de estos problemas. Una vez más cada unidad tiene sus propias peculiaridades y las consultas con el diseñador, combinadas con la experiencia de la persona a cargo del movimiento, pueden evitar serios problemas.

Plataforma convencional de acero o tipo Jacket Cuentan con dos cubiertas lo suficiente amplias para alojar, en su cubierta superior, la totalidad de la paquetería de perforación y su torre.Tienen grúas para maniobras de descarga, un módulo habitacional, un helipuerto y una zona para almacenaje de insumos en cantidad suficiente para mantener por varios días las operaciones de perforación. En caso de que se interrumpiese el abastecimiento regular por mal tiempo u otra causa a; y en su cubierta inferior están la instalación de equipo de producción, así como los tableros para control de pozos y lanzadores o recibidores de diablos.

Las bobinas se deben desenrollar rodándolas sobre el suelo en línea recta, alejándose de la persona que sujeta el extremo libre del cable. Una bobina también puede colocarse sobre el plato giratorio o tornamesa, como en el caso de los carretes.

El mal diseño y la falta de experiencia son los factores que encabezan la lista de las causas de los accidentes durante el remolque.

Las 2 cubiertas se localizan a 16 y 21 m sobre el nivel medio del mar y están soportadas por 8 columnas. Estas plataformas tienen capacidad para perforar hasta 12 pozos, aunque no siempre operan todos.

· Servicio de levantamiento 3.0 · Servicio de tubería atrapada 2.0

¿Qué seguridad de operación se tendrá al utilizar un equipo que funciona con un cable 1 1/8" IWRC 6 x 19, y una carga de 100 toneladas?

o corriendo T.R. (tubería de revestimiento)

Datos: EFP= 0.842 y NL=8

Las plataformas fijas de perforación están diseñadas con dimensiones adecuadas para instalar equipos fijos convencionales para la perforación y terminación de pozos, así como para efectuar intervenciones con equipos de mantenimiento de pozos. (Ver figura 36). Dentro de estos equipos se encuentran las estructuras sujetas por ocho patas (octápodos) con pilotes de 48 pg de diámetro y espesores de 2 a 2.5 pg acero ASTM-A-36 y ASTM-A-537 y una penetración aproximada en el lecho marino de 100 m dependiendo de la configuración del terreno. Por su construcción, están preparadas para recibir doce conductores de 30 pg de diámetro; aunque no en todos los casos sean perforados en su totalidad.

Nota: Si el cable se usa por debajo de un factor de diseño se dañará permanentemente.

DIÁMETRO DEL CABLE = 1 1/8" - RC = 57,372 kg.

Equipos fijos de perforación El desarrollo marino de la perforación se puede realizar a través de plataformas fijas. Están diseñadas de tal manera que se puedan instalar equipos de perforación, terminación y reparación de pozos. La penetración del subsuelo se lleva a cabo en un tirante de hasta 100 m, dependiendo de la configuración del mismo. Estos equipos pueden perforar en promedio 12 pozos. Algunas plataformas son autosuficientes y albergan todos sus componentes tales como equipo y áreas de personal. Otras requieren utilizar un barco de apoyo. Estos sistemas se caracterizan por encontrarse asentados sobre el suelo marino. Consisten en estructuras metálicas y/o de concreto, que se extienden desde el lecho marino hasta la superficie. Estas estructuras son estables con relación al fondo marino. En los últimos años, las plataformas fijas han representado la solución estructural más común para conjuntos de producción y perforación. Sin embargo, la experiencia en trabajos de perforación en profundidades marinas de más de 300 m, indica que las plataformas semifijas o flotantes pueden ser una mejor alternativa. Los principales sistemas fijos hasta ahora desarrollados en el ámbito mundial son los siguientes: Plataforma de concreto por gravedad

38

Para su identificación, se tiene experiencia que el norte de la plataforma corresponde al área de conductores y al sur, al de la habitacional. Están formadas por una subestructura, una superestructura y un módulo, que según el caso, será de perforación, de producción o habitacional. Las partes se fabrican separadamente en tierra y más tarde, se trasladan y colocan en su ubicación definitiva (Ver figura 37) La superestructura tiene dos pisos: 1.- De producción: este piso se encuentra a un nivel de 15.9 m (52 pies) del nivel del mar. Contiene las conexiones superficiales de explotación tales como árboles de válvulas, bajantes, líneas de recolección, equipos de medición de producción, tableros de control etcétera.

El factor de diseño debe ser aplicado para compensar el desgaste y las cargas súbitas dependiendo de la clase de trabajo. La norma API - RP9B establece un factor de diseño mínimo para:

Formula para la eficiencia de la polea = EFP= KNL-1/(KNP*NL(K-1))

Donde : FD = Factor de diseño RC = Resistencia a la ruptura (Kg) NL = Número de línea hacia arriba de la polea viajera Wg = Peso de la carga suspendida (Kg) EFP = Eficiencia del sistema de poleas La capacidad de uso de un malacate quedará limitada por la aplicación segura del cable. Ejemplo:

FÓRMULA FD = (RC x NL x EFP) / Wg

Donde:

SUSTITUYENDO

EFP= Eficiencia del sistema de poleas (decimales) K = Factor de poleas NL = Número de líneas hacia arriba NP = Número de poleas

FD = (57372 x 8 x 0.842) / 100,000 = 3.9

El factor de diseño se determina por la siguiente ecuación: F.D. = (RC x NL x EFP) / Wg

El resultado (FD = 3.9) indica que el equipo está siendo operado con un margen de seguridad mayor a la que indica la norma API. Importante: en caso de que el FD fuera menor que 2, se tendrá que cambiar el cable por otro de mayor diámetro, o aumentar el número de líneas.

MALACATE

CABLE (EIPS-IWRC)

HP

DIÁMETRO

750 1000 1500 2000 2000 3000 3000 3000

(pulg)

1 1/8” 1 ¼” 1 3/8” 1 3/8” 1 ½” 1 ½” 1 5/8” 1 ¾”

CARGA MÁXIMA POR 1000 EN LIBRAS AL GANCHO CON 8 LÍNEAS 2.0 FACTOR

3.0 FACTOR

439 540 650 650 770 770 892 1034

293 360 433 433 514 514 595 689

Tabla 4

15



Recuerde que: la perfecta instalación y buen manejo de los cables, no sólo evita que éstos fallen, además les brinda una larga vida de buen servicio.

Las siguientes recomendaciones se ofrecen como guía a los diseñadores y usuarios de cable para la selección adecuada del tamaño de la polea.

De acuerdo a las normas API las eficiencias del sistema de poleas y los factores de la línea rápida se muestran en la tabla 5.

Aplicando la fórmula: S = d x F.

Num. LÍNEAS

Tabla 5

4 5 6 7 8 9

Donde: S =Diámetro en el fondo de la ranura en milímetros. d =Diámetro nominal del cable en milímetros. F =Factor del diámetro de polea, seleccionado de la Tabla 6.

EFICIENCIA POLEA K=1.09 K=1.04 BUJE RODILLOS 0.810 0.908 0.778 0.890 0.748 0.874 0.719 0.857 0.692 0.842 0.666 0.826

FACTOR LÍNEA RÁPIDA K=1.09 K =1.04 0.309 0.257 0.223 0.199 0.181 0.167

0.275 0.225 0.191 0.167 0.148 0.135

Formula para determinar el factor de la línea rápida FLR = 1 / ( NL * EFP ) Diámetro de las poleas Variantes para Diferentes Servicios. Debido a la gran diversidad de equipo que usa cable de acero, este tema deberá considerarse en términos de uso final del cable. La vida del cable de acero usado por Clasificaciónón las diferentes industrias está limidel cable tado por una vasta combinación de condiciones de operación. 6x7 Entre éstas se encuentran: la flexión del cable sobre las poleas, flexión y aplastamiento en el tambor, condiciones de carga, velocidad del cable, abrasión, corrosión, etc. Cuando las condiciones de flexión sobre las poleas predominan en el control de la vida del cable, las poleas deberán ser del mayor tamaño posible, después de considerar condiciones de economía de manejo, diseño, etcétera.

16

6 x 7 Seale 6 x 19 Seale 6 x 21 Filler 6 x 25 Filler 6 x 31 6 x 37 8 x 19 Seale 8 x 19 Warrington 189 x 7 Tabla 6

FACTOR Condición Condición A B 72 72 56 37 51 34 45 30 41 27 38 25 27 18 36 24 31 21 51 36

en cambiar de localización de perforación, cuando se habla de movimiento. La consideración más importante en los preparativos para mover o cuando se mueve, es la seguridad. Por lo tanto, es esencial que la persona encargada de mover el equipo, esté familiarizada completamente con el equipo y con el medio ambiente pronosticado, del área donde se lleva a cabo el movimiento. Debe tener un conocimiento básico de arquitectura naval y saber cómo aplicarla a su unidad. Cada propietario de equipo debe recibir de parte del constructor un libro llamado Libro de operación o Libro de condiciones de operación. La persona encargada de mover el equipo debe leer y entender este libro antes de intentar moverlo. Cada equipo es como un automovil nuevo y, aunque uno sepa manejar, cada automóvil tiene sus peculiaridades; lo mismo se aplica a equipos de perforación marina, aun a los de la misma serie de diseño y construcción. Los movimientos son de dos categorías: a) tránsito en el área b) remolque oceánico: un tránsito en el área generalmente es un movimiento que requiere de 12 horas de viaje a una localización donde la unidad se colocará o a un área de refugio. Un remolque oceánico es aquel diferente al interior y por lo general se trata de movimientos de un área internacional a otra. Riesgos: Los riesgos que pueden esperarse durante un remolque son muy numerosos. A continuación se describirán algunos. Probablemente el riesgo más significativo ocurre cuando el equipo se prepara para entrar o salir de una localización. En el caso de jackup se deben tomar en consideración las condiciones del mar, debido al cambio en las características de flotación que tienen lugar cuando se mueve una pierna hacia arriba o hacia abajo. También debe considerarse el efecto de la pierna golpeando el fondo marino. El libro de operación debe tener una sección relacionada solamente con las condiciones permisibles para entrar o salir de una localización. Para el barco perforador y el semisumergible, las condiciones del mar deben considerarse para el manejo de las anclas y el efecto de

un sistema disparejo de anclaje. El arreglo de anclaje y su procedimiento de instalación, deben incluirse en el libro de operación. También, en el libro de operación, se tomarán los límites de servicio en las posiciones de operación y remolque. No se debe ignorar esta sección porque hacerlo pone en peligro al equipo y al personal. Si para reducir el potencial de riesgo, se necesita desviarse del criterio de diseño, es aconsejable gastar algunos recursos en un análisis de ingeniería. Cuando se está en el mar, uno de los temores más grandes es el de sufrir daños que produzcan inundaciones y, si éstos son grandes, que provoquen la pérdida del equipo. Es fácil decir que con un poco de sentido común se pueden evitar los daños y las inundaciones; pero éstas aún ocurren. El diseñador sabe esto y por eso diseña compartimentos - de tal forma- que la inundación pueda contenerse dentro de una extensión permisible, uno, dos o tres compartimentos por ejemplo, lo cual puede ser incómodo para los que están a bordo. Pero así no se perderá el equipo. En la mayor parte de los equipos de perforación marina en servicio, excluyendo barcos perforadores y autopropulsados, la probabilidad de daño debido a una colisión es remota y si ésta tiene lugar, será un impacto a muy baja velocidad, como para causar una entrada pequeña de agua. El efecto del centro de gravedad vertical sobre una unidad dañada es considerable. Si llegara a ocurrir un daño, se deben seguir los pasos necesarios para bajar el centro de gravedad vertical. Esto puede hacerse fácilmente en un jack-up bajando las piernas. En otras unidades aumentando lastre, se mejora la estabilidad. Sin embargo, esto es una condición que ocurre súbitamente y no siempre es posible efectuar un cálculo de estabilidad dañada cuando el agua está entrando. A veces, los problemas ocurren sin que haya daños, por las siguientes razones: Una turbonada súbita, un cambio en la altura de las olas y velocidad del viento, o un viento fuerte inesperado e imprevisto. Aun el más grande y fuerte de los equipos puede actuar como un corcho en el océano en tales ocasiones. Afortunadamente, ahora se cuenta con mejores pronósticos meteorológicos

37


Para cada equipo el diseñador y/o constructor deben proporcionar al propietario del equipo, un libro de estabilidad. Como mínima información, éste debe contener: a) Propiedades hidrostáticas b) Curvas de estabilidad c) Curvas de estabilidad estática d) Curvas de estabilidad dinámica Las partidas c y d deben ser suficientes para cubrir el rango de operación normal de la unidad. A continuación se explican cada una de las partidas anteriores: a. Propiedades hidrostáticas. Se generan de la forma de la porción sumergida del equipo y pueden usarse para determinar el peso del equipo y la localización longitudinal y transversal del centroide. b. Curvas de estabilidad. También se generan de la porción sumergida del equipo y son usadas por el diseñador para determinar la cantidad de estabilidad que la unidad tiene cuando está inclinada. c. Curvas de estabilidad estática. Se derivan de las curvas de estabilidad y son curvas de brazo enderezamiento. También conocidas como curvas GZ. d. Curvas de estabilidad dinámica. Se producen a partir de las curvas de estabilidad estática y de cálculos. Determinan el momento de volteo causado por un viento de cierta velocidad. Esta curva probablemente es la más significativa de todas porque muestra si el equipo puede o no ser remolcado o movido durante el estado del tiempo pronosticado, dentro de los parámetros de seguridad de los cuerpos regulatorios, (ABS, Norke, Veritas, Lloys, etcétera). e. Curvas KG de estabilidad dinámica permisible. Son generadas de los cálculos de estabilidad dinámica. Estas curvas son una extensión de las curvas de estabilidad dinámica y simplifican el trabajo del encargado de mover un equipo (rigmover), eliminando la necesidad de preparar un cálculo cada vez que tenga que tomar una decisión sobre las condiciones de remolque.

36


f. Los cálculos de estabilidad dañada deben prepararse por el efecto de daño a los compartimentos exteriores o a la inundación de cualquier compartimento. Estos cálculos deben demostrar que la unidad tiene suficiente estabilidad de reserva para sobrevivir a inundaciones o daños. Si para la construcción y clasificación de unidades móviles de perforación del año 1973, la habilidad para sufrir daño o inundación debe considerarse en asociación con el efecto de volteo de un viento de 120 km/hr. (65 nudos).

Instalación de perros o grapas

g. El análisis de las respuestas de movimiento es el estudio del equipo cuando está en la situación de entrar a una localización y los resultados de estos análisis se usan para determinar los esfuerzos inducidos, cuando una pierna de un jack-up toca fondo o los causados por las fuerzas de anclaje en un barco perforador o en un semisumergible.

Cuando se instalen perros, la longitud del cable que se debe doblar para formar un ojillo, depende del tamaño del cable y la carga que se va a manejar.

h. Las características de barco ligero son posiblemente la información más usada (o mal usada) que puede proporcionarse. Esta información se prepara a partir de una serie de cálculos de pesos exactos o de un experimento de inclinación, o de ambos. Los cálculos determinan el peso y el centro de gravedad en todas las direcciones del equipo vacío. No se incluyen pesos variables de ninguna especie. De esta información, el operador determina las condiciones del equipo de cualquier tiempo. Se debe enfatizar que, aunque el constructor haya hecho el esfuerzo de determinar estas condiciones, es obligación del propietario o del operador asegurarse que los valores sean ajustados si se hace algún cambio al equipo o estructurales, edición, remoción, o incluso recolocación de equipo. Las características de barco ligero o vacío son la base de todos los cálculos para las condiciones a flote o en posición elevada. Si se usa un dato inexacto, esto no sólo hace que todos los otros cálculos no tengan valor, sino que se pone en peligro la seguridad del equipo y su personal. Movimiento: El movimiento es la relocalización del equipo para cualquier propósito. Aunque casi siempre se piense

1.- Tipo y resistencia El método para instalar perros en los cables es ampliamente usado. Se recomiendan perros forjados del tipo "U" o de doble quijada. Cuando éstos están correctamente instalados se puede obtener, usando este sistema, el 80% de la resistencia del cable. 2.- Doblez

Las longitudes y medidas recomendados desde la base de la rozadera se dan en la tabla 7. 3.- Rozadera La rozadera o guarda-cabo deberá amarrarse inicialmente al cable en el punto que se desee, y entonces se doblará al cable alrededor de la rozadera y se asegurará temporalmente amarrando la punta al cable con alambre.

tir entre ellos se da en la tabla 7. Perros adicionales se instalarán a espacios equidistantes, antes de apretar completamente el segundo y los otros perros, se le deberá dar cierta tensión al cable para estirarlo e igualar la tensión en las dos puntas del cable. 7.- Instalación correcta e incorrecta Cuando los perros se instalan correctamente, la quijada del perro debe estar en contacto con la punta larga del cable y la "U" en contacto con la punta corta como se muestra en la Figura 16 a. La manera incorrecta de instalarlos se muestra en la misma Figura 16 b. 8. - Apretado de las tuercas durante la instalación Las tuercas del segundo y otros perros adicionales deben apretarse uniformemente alternando unas cuantas vueltas a la tuerca de un lado y luego a la del otro. Se encontrará que aplicando un poco de aceite a las cuerdas del tornillo, pueden apretarse más fácilmente.

4.- Instalación del primer perro El primer perro o grapa deberá colocarse y apretarse aproximadamente a 10 centímetros de la punta corta del cable. La quijada del perro debe descansar sobre la punta larga o cable principal y la "U" sobre la punta corta. Todos los perros deben instalarse en la misma posición (Véase figura 16 a y b)

FORMA CORRECTA DE INSTALAR PERROS EN UN CABLE DE ACERO

Figura 16 a

5.- Posición de la punta corta del cable La punta corta del cable debe descansar perfectamente sobre la punta larga 6.- Número e instalación de los perros subsecuentes El segundo perro debe instalarse lo más cerca posible a la rozadera, las tuercas de este perro no deben apretarse totalmente cuando se instala inicialmente. El número de perros y el espacio que debe exis-

FORMA INCORRECTA DE INSTALAR PERROS EN UN CABLE DE ACERO

Figura 16 b

17



3 1 2 ´ numero de perros espacio entre Diámetro del cable perros en mm y grapas en pulgadas

Tabla 7

3/8

2

57

127

½

3

76

228

5/8 ¾ 7/8

3 4 4

95 114 133

279 457 533

1 1 1/8

4 5

152 177

609 889

1¼

5

203

1016

1 3/8

6

228

1371

1½

6

254

1524

9.- Apretando los tuercas después de usar el cable. Después de que el cable ha estado en uso por corto tiempo, las tuercas en todos los perros se deben volver a apretar, ya que la tensión tiende a alargar el cable y por consecuencia se obtiene una reducción en su diámetro. Los sistemas de amarres con perros o grapas deben inspeccionarse con regularidad y asegurarse de que las tuercas estén debidamente apretadas.

El uso de nudos con o sin perros no es recomendable ya que deforma y debilita el cable.

2.- Se releva asimismo conforme el carrete empieza a girar en la dirección de levantamiento.

. seguridad y confiabilidad . efectividad . facilidad de mantenimiento 18

La aplicación de las TLP's se extiende paulatinamente. A la fecha, ha sido considerada para el desarrollo de campos en el Mar Mediterráneo y costas de Brasil, para usarla en aguas muy profundas. El mayor tirante en el que se ha instalado una TLP es de 536 m. Ventajas: · pozos superficiales · cuenta con equipos de reparación y terminación de pozos · costo moderado · sistema recuperable en sus componentes principales.

En gran medida, la efectividad de operación es auxiliada por las características propias del tipo de frenado autoenergizante. Éste cumple con dos características:

10.- Uso de Nudos

El sistema de frenos de fricción del carrete del malacate es importante para la correcta operación de un equipo. Sus requerimientos generales son:

Los elementos verticales o tensores se anclan al fondo marino por medio de una estructura fabricada a partir de acero estructural y cimentado mediante pilotes. Una parte esencial de la TLP son las juntas flexibles. Estas juntas (llamadas Flex-Joints), fabricadas con acero y material elastómero, permiten que la estructura se desplace horizontalmente sin provocar flexión en los tensores.

La seguridad y la confiabilidad, se obtiene con diseños cuidadosos y construcciones fuertes de todos los elementos sometidos a cargas en el sistema de frenado.

1.- Reduce la fuerza que debe ser aplicada para operar el freno.

Frenos de fricción del malcate

La TLP (Tensión Leg Platform) o plataforma de piernas tensionadas, es un sistema semejante a la plataforma semisumergible, sólo que ésta se encuentra anclada al fondo por medio de elementos verticales, los cuales se mantienen en tensión, debido al exceso de flotación en la plataforma.

4 longitud de cable doblado excluyendo al ojo en mm

El diseño propio de la fuerza de frenado multiplicado por el sistema de articulación, proporciona una ventaja mecánica tan alta como 80:1. Esta relación alta de fuerzas, permite el frenado para las cargas altas con una fuerza manual razonable, aplicada sobre la palanca de operación del freno. Usualmente, la carga de la polea viajera debe sostenerse sólo con el peso de la palanca. La fórmula para determinar la capacidad de torsión de la banda del freno es :

Desventajas: · soporta un solo equipo de perforación · tecnología compleja. · costoso en aguas someras.

Figura 35. Barco perforador 2.

El costo de la TLP se incrementa al aumentar la profundidad, debido a los cables de anclaje. Mientras que las unidades semisumergibles y los barcos de perforación se utilizan sólo para la perforación, las TLP's tienen mayor ventaja en cuanto a versatilidad para perforar, recuperar y producir pozos, casi en forma simultánea.

Las principales consideraciones que se deben de tomar en cuenta para la selección de una unidad flotante de perforación son las siguientes: Estabilidad: Es simplemente la habilidad de un equipo marino de permanecer a flote y de la manera más vertical posible. La estabilidad se divide en dos: a) Estabilidad intacta b) Estabilidad dañada

35



es tener movilidad. Pero si se considera que una vez que la unidad llega a su localización, permanece en esa área por largo tiempo, las unidades de propulsión, no sólo no son necesarias, sino que además ocupan espacio y capacidad de carga muy valiosas. Factores para seleccionar un semisumergible: a) Profundidad del agua. b) Profundidades a las que se requiere perforar. c) Datos del medio ambiente. d) Características de movimiento de la unidad. e) Capacidad de almacenamiento de materiales de consumo. f) Movilidad de la unidad.

Los primeros barcos perforadores fueron unidades convertidas de: barcazas, barcos graneleros, barcos tanques o barcos abastecedores. Esta práctica casi desapareció para dar paso al nuevo diseño y construcción de barcos perforadores especializados, tales como el Glomar Challenger o el Discoverer de la Offshore. Los barcos perforadores son los más móviles de todas las unidades de perforación marina. También son los menos productivos. La configuración que les permite alta movilidad, les resta eficiencia al perforar. (Ver figura 34 y 35). Los barcos perforadores se usaron extensamente para llenar el espacio de capacidad entre el jack-up y el semisumergible, y son los que han perforado en aguas más profundas. El movimiento vertical es el mayor problema cuando se usa una unidad flotante. Debido a su superficie de contacto con el mar y comparado con el semisumergible, el barco perforador desarrolla respuestas muy grandes de movimiento vertical.Ha sido posible reducir el rol en los barcos por medio de tanques estabilizadores. Pero no se ha podido reducir el movimiento vertical.

34

metro es de 1.2 pies ¿Cuál será la torsión requerida para mantener el freno? QR = TLR x rt QR = capacidad de torsión requerida TLR= tensión en la línea rápida Rt= radio de trabajo

El coeficiente de fricción de las balatas sobre el aro de acero del freno, no variará mucho de un freno a otro. Por lo tanto, se pueden hacer las siguientes aproximaciones:

QR = 30,000 x 1.2 = 36,000

0.30 General El factor 0.30 se utiliza con más frecuencia para : Figura 34. Barco perforador 1.

En 1999 se inició la perforación del pozo exploratorio Yumtsil-1 que se localiza en la División Marina Suroeste, con el barco perforador Discoverer 511. (Ver figura 35). El anclaje de los barcos perforadores es similar al empleado por los semisumergibles. Sin embargo, hay un sistema adicional que ha sido desarrollado en los barcos perforadores, el sistema de torreta.

.

Compensar las variaciones en las propiedades del revestimiento.

.

Las condiciones de operaciones desfavorables son altas temperaturas por el contacto y contaminación por partículas desgastadas, agua, lodo y aceite.

FACTOR

Los barcos perforadores son herramientas versátiles. Pero deben ser considerados para usarse en áreas con olas de poca altura y vientos con bajas velocidades. Plataformas con piernas tensionadas (TLP) En campos de aguas profundas,las plataformas de patas tensionadas han sido desarrolladas para generar el potencial económico de los nuevos descubrimientos. Se emplean para la perforación en aguas con un tirante mayor de 600 m. Están sujetas mediante cables de ancla fijados en el fondo marino y se mantiene en la superficie mediante columnas flotantes. Su instalación es muy sencilla ya que no requiere barcazas grúa. Tiene una gran estabilidad en condiciones meteorológicas severas.

0.30 0.35 0.40 0.45

SUSTITUYENDO

Torsión de frenado = 36,000 lb-pie Dimensiones del carrete principal del malacate

0.52 Revestimiento nuevo

Barcos perforadores Como su nombre lo indica, es un barco sobre el cual se instala un equipo de perforación con todo lo necesario para efectuar trabajos de su tipo en el mar.

Q = T1 r ( 2.718 (0.0175 af)- 1 ) Q = torsión de la banda de frenado (lb-pie) T1= tensión de la banda en el extremo activo r = radio de freno (pies) a = ángulo de contacto de la banda (grados) f = coeficiente de fricción Las variables T1, r y a son establecidas por el diseñador.

TORSIÓN DE FRENADO NOMINAL 135% de incremento 182% de incremento 238% de incremento 314% de incremento

Tabla 8

Como la clasificación del malacate y el diámetro del cable están relacionados, el diámetro del carrete debe aumentar con la capacidad del equipo. El uso de un carrete pequeño y de menor capacidad de la que requiere el equipo causaría esfuerzos máximos en el cable, dañándolo y acortando su vida útil. Notas:

El diámetro mínimo del carrete para un malacate debe ser de 20 a 24 veces mayor que el diámetro del cable. Con este valor, la resistencia al rompimiento del cable enrollado sobre el carrete, será del 92 al 85% de su resistencia total. Longitudes mínimas de trabajo de los carretes La longitud del carrete correcta deberá estar en función a una parada de la tubería de trabajo (doble o triple), de tal manera que se maneje sin que la línea enrollada en el carrete, sea mayor de tres camas. Precaución

Para ilustrar el efecto del factor de fricción sobre la torsión de frenado se tiene (tabla 8): El freno de un malacate requiere de una capacidad de torsión, igual a la tensión en la línea rápida, multiplicada por el radio de trabajo del carrete. Ejemplo: Si la tensión en la línea rápida es de 30,000 libras y el radio de trabajo sobre la segunda cama del carrete con un cable de 1 ¼" de diá-

Si existen más de tres camas del cable enrolladas en el carrete, ocurrirá una abrasión sobre el cable y los laterales del carrete. Para calcular la longitud de los carretes se emplean las fórmulas siguientes: Diámetro del carrete (dc); Radio del carrete (Rc) Diámetro del cable (DC)

19



Long. carrete =(núm. de vueltas x DC/3 + (6 ó 9) = pulg. L parada o lingada x núm. líneas x Dc + 6 o 9= pulg L carrete = 2p Rc x 3

Rc = Radio del carrete ¿Cuál deberá ser la longitud del carrete para un equipo que opera con 6 líneas, y donde la longitud por parada (Lp) es de 59 pies y el diámetro del cable es de 1 1/8" (1.125 pulg).

de entrada del malacate entre el número de dientes de la catarina del motor. El resultado de esta división es la relación de velocidad. Ejemplo: (72/ 28 = 2.57). 2º. Para la obtención de las revoluciones de la flecha de mando se dividen las rpm del motor entre la relación de velocidad obtenida anteriormente. Ejemplo: (1100/2.57 = 428 rpm)

LÍMITE

Datos: L parada (lingada) = 59 pies = 59 x 12 = 708 pulg NL = 6 dc = diámetro del carrete mínimo = DC x 20 DC=D. cable = 1.125 pulg π= 3.1416 = 3.14

Long Carrete

Lp x NL x Dc 9 2 X Rc 3

Calcular el diámetro del carrete mínimo dc = Dc x 20 sustituyendo: dc = 1.125 x 20 = 22.5 pulg

TRANSMISIÓN

BAJA

ALTA

BAJA

23.158

6.429

SEGUNDA

13.398

3.179

ALTA

8.818

2.448

Tabla 9

Calcular el radio del carrete

Sustituyendo en la fórmula :

Si se opera el malacate con 1100 rpm a la entrada, las seis velocidades del carrete se determinan dividiendo las 1100 rpm entre cada una de las relaciones de la transmisión.

Lc= [( 708 x 6 x 1.125 ) / ( 2 x 3.14 x 11.25)3] + 9 = [(4779 )/ (70.65) x 3] + 9 = [( 4779 ) / (211.95)] + 9 = 22.54 + 9 = 31.54

La velocidad de la línea rápida, se toma como la longitud de una vuelta sobre la segunda cama enrollada, multiplicada por las rpm del carrete.

Longitud del carrete = 31.54 pulg

Velocidad línea rápida pies/min =

Rc = (dc/2) = (22.5/2) = 11.25 pulg

2pr 12

Relaciones de velocidad Antes de calcular las velocidades y cargas de levantamiento del malacate, debe conocerse la relación de reducción de la velocidad entre el impulsor y el carrete del malacate. Para la obtención de las relaciones de velocidad y revoluciones de la flecha de mando del malacate se hace lo siguiente: 1º. Se divide el número de dientes de la catarina

20

Figura 17

x rpm del carrete

remolque. Al mismo tiempo, tiene una gran estabilidad. (Ver Figura 32). Existen otros diseños de semisumergibles, tales como: el diseño triangular, usado en la serie Sedco; el de cuatro cascos longitudinales de la serie Odeco; (ver Figura 33) y el de 5 pontones del equipo Pentagone, diseñado por los franceses. La unidad Pentagone es, posiblemente, la de más éxito de los tipos de cascos múltiples. Ofrece una simetría única y una uniformidad de características de estabilidad. Los semisumergibles permiten que la perforación se lleve a cabo en aguas muy profundas y se mantienen en localización, ya sea por sistemas convencionales de anclaje o por posicionamiento dinámico.

Figura 32. Plataforma semisumergible 2.

Normalmente, el sistema convencional de anclaje consiste de 8 anclas colocadas en un patrón abierto y conectadas al casco por medio de cadenas o cables de acero o una combinación de los dos. El método de posicionamiento dinámico, es una evolución del sistema de sonar del barco, donde una señal es enviada desde la unidad flotante a un transductor colocado en el fondo del mar. Al incrementarse la profundidad del agua, el uso de este sistema se vuelve necesario. Generalmente, es considerado en tirantes de agua mayores a 305 m. (1000 pies), aunque un semisumergible ha operado en 457 m. (1500 pies) de profundidad usando la combinación de cable y cadena. Debido a la masa sumergida del semisumergible, el rol y el cabeceo son de pequeña amplitud. El movimiento vertical es el que causa problemas a los semisumergibles. Por los esfuerzos a los que se somete la sarta de perforación cuando la unidad está moviéndose verticalmente, el semisumergible que tiene una respuesta pequeña al movimiento vertical es considerado como el más adecuado. El movimiento vertical se genera como una respuesta al plano de flotación expuesto. Mientras más pequeño sea el plano de flotación, más pequeño será el movimiento vertical. Esto se consigue en el semisumergible, hundiendo los cascos inferiores y flotando al nivel de las columnas.


Con la reducción de plano de flotación para disminuir el movimiento vertical, se reduce también la estabilidad de la unidad. Por lo tanto, los diseñadores deben llegar a establecer una relación adecuada entre los valores aceptables de estabilidad y el movimiento vertical. Otra consideración en el diseño y operación de un semisumergible es la propulsión. La autopropulsión envuelve una inversión grande inicial, la cual se recupera en un periodo razonable, si lo que se requiere

33


El diseño de las plataformas autoelevables está clasificado en dos categorías: la plataforma de piernas independientes y la plataforma soportada por un casco inferior. La plataforma de piernas independientes puede operar en cualquier área, pero normalmente es usada en donde existen fondos firmes, arrecifes o fondos marinos irregulares. La unidad de piernas independientes tiene una base en cada pierna para soportarse, son de forma circular, cuadrada o poligonal y de tamaño pequeño (ver figura 31). La base más grande que se ha usado es de alrededor de 17 m (56 pies) de ancho. Estas bases son sometidas a presiones de soporte de alrededor de 2.44 a 2.93 kg/cm2 (5,000 a 6,000 lbs. por pie cuadrado), aunque en el Mar del Norte esta presión puede llegar hasta 4.88 kg/cm2 (10,000 lb/pie2). Consideraciones para determinar qué tipo de jackup se debe usar:


sola cubierta, la cual aloja el equipo e instalaciones necesarios para realizar su función. Estas plataformas cuentan con sistemas de propulsión propios ubicados en los pontones. En otras palabras, son autopropulsables. Los miembros principales (pontones) se encuentran sumergidos. Esto permite incrementar el periodo fundamental en sustentación de la estructura y evitar la resonancia con el oleaje. También reduce las cargas laterales generadas por dicho oleaje. Esta reducción en la carga, se debe a que los miembros principales del casco se localizan a una elevación en la que la energía del oleaje es menor. Una semisumergible posicionada dinámicamente puede operar en aguas profundas de hasta 500 m, pero el yacimiento tendría que ser muy productivo para justificar los gastos de combustible.

1. - Profundidad del agua y criterio del medio ambiente. 2. - Tipo y resistencia del fondo marino. 3. - Capacidad de profundidad de perforación. 4. - Necesidad de moverse durante la temporada de huracanes. 5. - Capacidad de operar con soporte mínimo. 6. - Qué tan a menudo es necesario mover la unidad. 7. - Pérdida de tiempos en el movimiento. 8. - Límites operacionales y de remolque de la unidad. Semisumergibles Este tipo de plataforma evolucionó a partir de la sumergible. Varias se diseñaron para operar, ya sea descansando en el fondo del mar o totalmente a flote. Estas plataformas realizan actividades relacionadas con la exploración y perforación de pozos. También apoyan operaciones de mantenimiento de instalaciones existentes. A pesar de la gran variedad de diseños de semisumergibles, pueden ser clasificadas en 2 grupos principales: 1) con columnas conectadas a zapatas o pontones separadas, y 2) con pontones gemelos. Estas columnas soportan una

32

La figura 17 nos permite visualizar la manera en que se calcula la (r) a utilizar, ya que la distancia (C), se deberá sumar al radio del carrete, para obtener dicha (r) . A continuación se presenta el valor de (C), de acuerdo al cable utilizado. Diámetro

A

B

nominal

Seno de 60° por el

Radio

del cable

diámetro nominal

del

C=A+B

1”

0.866 *1 = 0.866

0.5”

1.366

1.125”

0.866 *1.125 = 0.974

0.5625”

1.5365

1.25”

0.866 *1.25 = 1.0825

0.625”

1.7075

1.375”

0.866 *1.375 = 1.190

0.6875

1.8775

Ejemplo: Para un malacate de 1000 HP con sus relaciones de transmisión igual a la tabla anterior, con un carrete de 25" de diámetro y línea de 1 ¼", y cuya velocidad de entrada al malacate es de 1100 rpm se tiene:

Transmisión

Rev flecha de mando rpm carrete Vel. Línea rápida Veloci- 6 L dad del 8 L gancho 10 L

Baja baja

2da

23.15 13.39 8 8 47.5 82.1 353.4 610.8 59 102 44 76 35 61

baja

0.908

6

0.874

8

0.842

10

0.811

12

0.782

Considerando el 98% de eficiencia para cadenas y flechas bajo cargas desde la cadena impulsora hasta el carrete, se obtiene la eficiencia total al gancho. Para calcular la eficiencia del carrete se consideraron 6 cadenas y flechas.

No. Líneas

Eficiencia Eficiencia de las del malacate poleas 0.886 0.874 0.886 0.842 0.886 0.811

Eficiencia total 0.774 0.746 0.719

Utilizando las fórmulas:

Alta alta

4

Tabla 13

VELOCIDAD DEL MALACATE

Embrague del carrete Impulso/carrete

Eficiencias de las Poleas (K= 0.9615)

6 8 10

La relación de velocidad del carrete. Las rpm del carrete.

La configuración general de un semisumergible, consiste de dos cascos inferiores longitudinales. Éstos se usan como compartimentos de lastre que obtienen el calado para perforar. Cuando el equipo está en tránsito estos cascos inferiores son también los cascos primarios. En virtud de su tamaño y configuración, el semisumergible ofrece baja resistencia al

No. de Líneas

Tabla 12

Tabla 10 para calcular el factor de ajuste en el r.

En el diagrama de relaciones de velocidad se obtiene:

Los equipos semisumergibles están diseñados para operar en aguas de 180, 305 y 457 m. (600, 1000 y 1500 pies) de tirante de agua y son sometidos a condiciones de olas y vientos severos.

Usando las siguientes eficiencias. Tabla 12.

cable

Velocidad en la línea rápida

Figura 31. Plataforma autoelevable.

Es importante determinar las cargas potenciales al gancho que el malacate pueda levantar para cada una de las velocidades con que se cuenta.

2da

alta

8.818

6.429

3.719

2.448

124.7 927.8 155 116 93

171.1 1273 212 159 127

295.8 2201 367 275 220

449.3 3335 556 417 334

Tabla 11

La (r) utilizada para el cálculo es de 14.21 y se obtiene: Sumando el valor de (c) de la tabla 10 para calcular el factor de ajuste en el r, al radio nominal del carrete que para el cable de 1¼" es de 1.7075 al radio del carrete 12.5 obtenemos 14.2075 = 14.21

HP = (Wg x d) / (33000 x t) Pot. Gancho = (Wg x Vg) / (33000) Donde: d= espacio a levantar la carga, en pies Wg= peso a levantar con el gancho en lbs Vg= velocidad del gancho en pies/min t= tiempo en minutos Se pueden determinar las cargas del malacate a diferentes velocidades, como en la tabla 14:

21



CARGAS MÁXIMAS RECOMENDADAS CON UNA POTENCIA DE 1000 HP y 1100 RPM

Embrague del carrete

Transmisión Carga total en 1000 lb.

baja

Núm. de líneas (433) 6 335

Baja 2da alta

250

165

baja

Alta 2da

alta

120

70

45

(560) 430 325 212 155 90 60 (678) 10 L 525 390 255 185 110 70 Tensión potencial en la línea rápida = 82,675 lb. Tensión en la línea rápida limitada por el embrague = 63700 lb. 8L

Tabla 14

Para calcular la tensión y velocidad en la línea rápida se emplean las siguientes fórmulas: TLR = (HP x 33,000 x Ef) / (VLR) VLR = (2p r / 12 ) x rpm o VLR = Vg x NL Donde: TLR-en lbs HP en caballos de potencia Ef-en % VLR-en pie/min Vg- en lbs NL N° de líneas

Los embragues se pueden clasificar en los tipos siguientes :

. Zapata externa sobre tambor . Zapata interna sobre tambor . Disco sobre disco.

Embrague de fricción utilizado en el carrete del malacate IMPORTANTE: Una regla general para seleccionar un embrague, es ver que la capacidad del embrague de baja sea suficiente para levantar una carga igual a la resistencia normal de rompimiento (factor de diseño = 2). Fórmula para obtener la capacidad de torsión del embrague

La longitud de una vuelta de cable de la cama del carrete de un malacate es: Lv= 2 p r / 12

Los embragues son dispositivos de fricción utilizados para conectar ejes (acelerando los cuerpos conducidos hasta que alcancen la misma velocidad angular que el impulsor).(Figura 18)

22

a). Costa del Golfo de México, porción americanaolas de 16m. (55 pies), vientos de 200 km./hr. (125mph). b). Mar del Norte-olas de 23 m (75pies), vientos de 175 km/hr. (115mph), corriente de (1.8 a 3.6 km./ hr). c). Sureste asiático-olas de 9 m (30 pies), viento de 160 kg./hr. (100 mph) y corriente mínima.

NOTA: El embrague debe de ser proyectado para que se deslice antes de que ocurra una sobrecarga peligrosa.

El radio de trabajo del carrete del cable se obtiene midiendo desde el eje principal del carrete del cable, hasta el centro del cable de la segunda cama.

Embragues

Los jack-ups actuales se usan en todo el mundo en condiciones ambientales muy severas. Por ejemplo, un equipo para 76 m (250 pies) de profundidad, debe llevar el siguiente criterio de diseño:

Los factores de diseño que son considerados : . Potencia que debe ser absorbida . Temperatura a disipar . Velocidad (rpm)

cap. torsión mínima = (resistencia del cable x radio de trabajo del carrete)/ 2.

Figura 18. Embrage en el malacate.

aguas de hasta 60 m de profundidad, con un criterio de diseño para olas de 6 a 9 m y vientos de 120 km/ hr. Cuando existía la amenaza de un huracán estas unidades eran movidas hacia aguas protegidas.

El r de trabajo que se considera es sobre la segunda cama del carrete, ya que dependiendo del diámetro del cable que se utilice, se obtendrán diferentes torsiones y consecuentemente diversas capacidades de embrague, como se muestran en la tabla15: Capacidad del embrague Para verificar la capacidad del embrague se requiere conocer: La potencia que llega al embrague (se con-

Figura 29. Equipo lacustre.

permite el acercamiento de la misma a los pozos de las plataformas fijas. El primer equipo jack-up fue el De Long Núm. 1, construido en 1950 y convertido en plataforma fija en 1953.

Así sucesivamente, al incrementarse la profundidad del agua, el criterio de diseño se vuelve más severo. Un punto muy importante es que el criterio actual debe establecerse, usando datos de meteorología del área donde se va a perforar.

El primer jack-up móvil fue el DeLong-McDesmontt Núm. 1. Después fue llamado Offshore Co. Rig. Núm. 51. En 1955 se construyó el primer jack-up de 3 piernas llamado Scorpion. Este equipo tenía piernas independientes y usaba un sistema de elevación de piñón y cremalleras sobre las piernas de estructura reticular. Durante varios años trabajó con éxito y posteriormente se perdió en un accidente en el Golfo de México. (Ver figura 30). Siguieron otros equipos como el Mr. Guss II que tenía un casco inferior. Servía de soporte a las tres piernas tubulares y el casco superior era elevado con un sistema de gatos hidráulicos. Debido a las longitudes de sus piernas, con estos equipos se puede perforar pozos en tirantes de agua máximo de 90 m. Sus capacidades de carga variable son de 1,500 a 1,800 toneladas cortas y su carga total varía entre 7,200 y 7,670 toneladas cortas. La primera serie de jack-ups, se diseñó para operar en la porción americana del Golfo de México, en

Figura 30. Plataforma autoelevable jack-up.

31



Estos equipos tienen la característica de trasladarse de una localización a otra navegando con apoyo de barcos remolcadores. Éstos se encargan de colocarlos en sus respectivas localizaciones, efectuando maniobras de anclaje.

En el anexo, tablas A-1 a la A-4, se muestran las características de los equipos tales como nombre de los equipos, capacidad de carga, dimensiones, tirante de agua, alcance y peso del equipo. Plataforma autoelevable (jack-up)

Equipo de perforación sumergible (barcaza)

Este es un tipo de plataforma especial usada para perforación y reparación de pozos. Tiene la capacidad de moverse de una localización a otra, por medio de autopropulsión o por medio de remolcadores. Así, la perforación es su función principal, ya sea de pozos exploratorios o de desarrollo.

Este equipo es usado en aguas muy someras y protegidas, como ríos, bahías y en aguas de hasta 15m. (50 pies) de profundidad. Dicha unidad tiene dos cascos; el superior, conocido como cubierta Texas, usado para alojar a la cuadrilla de perforación y al equipo. La perforación se lleva a cabo a través de un área rectangular en la popa de una estructura en cantiliver. El segundo casco es el inferior. Es el área de lastrado y también es la base sobre la que descansa el equipo en el fondo marino o lacustre.

Una vez que se encuentra en la posición deseada, las piernas son bajadas hasta alcanzar el fondo marino. Cuando las columnas o piernas se encuentran asentadas en el lecho marino, la cubierta es elevada más allá del nivel de agua, hasta tener una plataforma de perforación estable.

El equipo sumergible es llevado a flote hasta la localización como una barcaza convencional y se lastra para sumergirlo hasta que descanse en el fondo marino o lacustre. El casco inferior está diseñado para soportar el peso total de la unidad, más la carga de perforación.

Cuenta con una cubierta que tiene la capacidad de posicionarse a la elevación que se requiera. Ésta soporta sobre sí todo el equipo necesario para lograr su objetivo. Además de un módulo habitacional y un helipuerto. Para apoyarse en el lecho marino, esta cubierta se encuentra soportada comúnmente por tres columnas de sección triangular o circular que tienen en su extremo inferior un sistema de "zapatas aisladas" o "losa de cimentación".

Un factor muy importante es la estabilidad de estas unidades mientras se están lastrando. Las técnicas que se desarrollaron para el lastrado fueron las bases para el lastrado de los semisumegibles. Los sumergibles empiezan a desaparecer en los años 70. Entonces, se requería perforar a mayor profundidad de la que correspondia a las caracteristicas de su diseño.

Diámetro del

Diámetro del

Capacidad de

Reutilizada resistencia del

cable

carrete

torsión

en pulgadas

en pulgadas

mínima en lbs-pie

en pulg

en libras

1

20

48,873

11.368

103,180

1 1/8

22.5

69,167

12.789

129,800

1 1/4

25

94,437

14.21

159,500

1 3/8

28

126,797

15.881

191,620

cable

Tabla 15

sidera al 0.9039 de lo especificado). Velocidad de baja en RPM, Velocidad de alta RPM. Torsión en el embrague de alta y baja (lb-pie) Torsión= HP x 5252 / RPM = Lb-pie NOTA: Con la capacidad del embrague se podrá verificar el factor de diseño de la línea rápida (tensión de la línea, torsión del embrague).

Tipos de embragues neumáticos Embragues tipo CB (de mayor uso en bombas de lodos y motores del malacate) Características : Embrague tipo CB. figura 20 · Se utilizan para altas velocidades

Serie VC para trabajo pesado Rango de par de torsión 3051 Nm (27,000 lbs-plg)

Otra de sus características importantes es la torre de perforación ubicada en un cantiliver móvil. Esto

· Tienen un amplio rango de torsión · Ajuste automático · Compensan desalineamientos

?

· Absorben impactos Serie CB para trabajo estándar Rango de par de torsión 113 Nm (100 lbs-plg) a 29,380 Nm (260,000 lbs-plg)

?

? ?

P

P

cc

P

P

P

P

P

P

tendones

P

P

c c

P

?

risers

· No necesitan lubricación

Figura 19

Figura 28. Sistema de producción (FPSO), plataforma semisumergible, unidad flotante Spar.

30

*Nm = Newton - m lbs - pulg =___ N x 2.2 x 39.37 = N x 8.829 9.81

Figura 20

23



NOTA: En todas las aplicaciones de montaje indirecto, la velocidad incrementada por la relación del arreglo deberá ser la permitida para la operación del freno, en un 40% arriba de la velocidad recomendada.

26.- Armar piso, instar rotaria swivel y flecha. 27.- Perforar y meter auxiliares. 28.- Nivelar mástil. Procedimiento para izamiento de mástil

Observaciones La temperatura máxima de salida del hidromático debe ser de 180 °F La velocidad máxima de descenso será de 300 pies/ min. Cálculos del flujo requerido para el hidromático a través de fórmulas

Figura 21

Embragues tipo VC (de mayor uso dentro de los malacates) Figura 21 Características · Se utilizan en servicio pesado · Son usados para altas cargas al inicio · Compensan desalineamientos · Mayor ventilación · Bajos costos de mantenimiento Nota.- también se construyen en ensambles de montajes dobles. Freno hidromático auxiliar Importante: el freno hidromático puede reducir la velocidad de entrada de la tubería pero no detenerla, así que se deben prever otros medios para poder hacerlo. La instalación del freno hidromático puede ser directa o indirecta. Directa

· A través de un cople flexible · A través de un embrague

La flecha del hidromático está sujeta a una torsión de carga. Indirecta

a) Cálculo del flujo mínimo requerido a través del freno hidromático (gpm). b) Cálculo de la cantidad de agua requerida para la carga inicial del gancho (gal). c) Cálculo de la cantidad de agua requerida para las secciones de tubo (gal). Cálculos de flujo mínimo requerido a través del freno hidromático (Q). W3V Q = 778.3 (8.34 ) (T 2 ) Q = flujo mínimo para el freno hidromático (gpm) W3 = peso total del gancho (lb) V = velocidad de descenso del tubo (pies/min.) T2 =aumento de temperatura a través del freno (° F) W1 =carga inicial del gancho (lb) W2 =peso de cada grupo de secciones de tubo (lb) N =número de secciones de tubo (pies) T1 =aumento de temperatura en depósito de suministro (° F) Ejemplo

· A través de cadenas · A través de engranes

La flecha del hidromático está sujeta a 2 esfuerzos, de torsión y de flexión.

24

La cantidad de agua requerida se puede calcular conforme a los siguientes casos:

V

= velocidad de descenso del tubo (pies/min.) = 150 pies/min.

W1

= carga inicial del gancho (lb) = 5000 lbs

Figura 26. Levantamiento del mástil.

1.- Armar el mástil a nivel del piso colocándolo sobre las correderas de las subestructuras. 2.- Revisar que todos los pernos tengan sus seguros colocados. 3.- Colocar en sus poleas las bridas de levante. 4.- Unir las bridas al mástil, con los pernos. 5.- Guarnir el cable de acero. 6.- Lubricar todas las poleas y partes de fricción. 7.- Anclar la polea viajera en la subestructura. 8.- Anclar la línea rápida en el tambor del malacate. 9.- Enrollar el cable necesario en el tambor del malacate para que una vez levantado el mástil permita bajar la polea viajera hasta el piso rotaria. 10.- Fijar la línea muerta en el ancla. 11.- Levantar la parte superior del "caballo" colocando los tubos espaciadores. 12.- Levantar el mástil colocando la corona sobre un camión Mack. 13.- Operar el malacate a la velocidad más baja, jalando el mástil hasta deslizarlo sobre las correderas a nivel del piso de la rotaria. 14.- Instalar los pernos en las piernas del mástil y la subestructura. 15.- Levantar estructura de levante "caballo" colocando pernos y seguros. 16.- Levantar el mástil colocando un "burro" en la corona. 17.- Instalar el "changuero". 18.- Colocar cables de la brida en sus poleas. 19.- Colocar el cable del malacate en la polea de la estructura de levante. 20.- Tensionar el malacate a la velocidad más baja.

21.- Revisar indicador de peso y línea del cable de acero en sus respectivas poleas. 22.- Instar cable de acero de 9 16" en la corona de longitud tal que sirva de retenida al mástil en el momento de alcanzar la posición vertical. 23.- Tensionar hasta 75 toneladas (para mástil de 142 pies) donde debería de iniciar a levantar el mástil. 24.- Operar el malacate a su velocidad más baja hasta que termine de levantar el mástil. 25.- Antes de llegar a la posición vertical aguantar el mástil con un camión Mack para que no caiga bruscamente sobre el "caballo". 26.- Colocar los candados del mástil (pernos con sus seguros). 27.- Quitar la bridas de levante acomodándolos en las secciones laterales del mástil. 28.- Proteger las bridas de levante con untura para cables. II. UNIDADES MÓVILES DE PERFORACIÓN MARINA Antes las unidades de perforación marina fueron equipos de perforación terrestre colocados sobre una estructura para perforar. Se usaron las mismas técnicas desarrolladas en tierra. Se les denomina móviles de perforación a los equipos convencionales montados sobre plataformas autoelevables, semisumergibles y barcos perforadores. Las técnicas desarrolladas se utilizaron por algún tiempo, mas la necesidad de perforar en aguas más profundas creó al nuevo ingeniero de diseño de estructuras costafuera. Junto con los nuevos conceptos de ingeniería, se creó una nueva generación de equipos de perforación ahora ya conocidos, como: sumergible (o barcaza), plataforma autoelevable, semisumergible y barco perforador, como se ilustran en la figura 27.

Figura 27. Equipos móviles de perforación.

29



Especificaciones: Motor eléctrico Guía de torsión CANRIG que cancela la contra torsión de perforación Existen equipos portátiles o fijos Procedimiento para desmantelar, transportar e instalar equipos de perforación convencionales y diesel eléctricos

Figura 25. Top Drive TDS-9S.

. Toma núcleos en intervalos de 90 pies sin tener que hacer conexiones.

. Se tiene perforación horizontal en tramos de 90 pies.

. Mejora la eficiencia en perforación bajo balance Se puede escarear y circular durante los viajes.

. Se puede circular y rotar mientras se viaja en pozos horizontales.

. Mejora la seguridad en el manejo de la tubería. Se tiene para perforación en tierra o costafuera. Sistemas compactos para acoplarse a la mayoría de los equipos de perforación.

28

1.- Sacar auxiliares. 2.- Bajar rotaria, swivel (unión giratoria) y flecha. 3.- Desmantelar bombas presas y tanques de lodo. 4.- Despejar frente. 5.- Bajar mástil siguiendo instrucciones de acuerdo del mástil que se trate. 6.- Desguarnir cable. 7.- Desarmar mástil. 8.- Desencadenar transmisiones y líneas neumáticas y de combustible. En el caso de equipos diesel eléctrico se debe desconectar el sistema eléctrico. 9.- Bajar maquina y malacate. Para equipos diesel eléctricos bajar motores eléctricos, freno magnético, toma de fuerza y caseta del perforador 10. Desarmar subestructuras liberando las pizarras. 11.-Levantar pizarras. 12.-Transportar presas y tanques de lodo colocándose en su lugar. 13.-Transportar bombas e instalarlas. 14.-Transportar y colocar las pizarras en su lugar. 15.- Transportar y armar subestructura. 16.- Transportar y subir malacate según instrucciones. 17.- Transportar y subir máquinas. 18.- Encadenar transmisiones. 19.- Transportar y colocar plantas de luz tanques de agua y diesel en su lugar. 20.- Transportar y colocar bomba payner, bomba de agua y caseta de herramientas en su lugar. 21.- Transportar e instalar rampas de material químico. 22.- Transportar y armar mástil. 23.- Transportar carrete de cable y guarnir. 24.- Levantar mástil siguiendo instrucciones. 25.- Armar frente (transportar conductor, auxiliar, rotaría, swivel, flecha, herramienta y tubería de perforación.

W2 (lb)

= peso de cada grupo de secciones de tubo = 1108 libras

N

= número de secciones de tubo (pies) = 133 secciones T1 = aumento de temperatura en depósito de suministro (° F) = 50° F T inicial = 100 °F Calcular el peso total del gancho (W3) Fórmula W3 = W1 + NW2 W3= 5000 + 133 (1108) = 152,364 Lb. Calcular el aumento de temperatura del fluido del freno (T2) Fórmula T2 = 180 F -- (T inicial + T1 ) T2 = 180 ° F - (100°F+50°F ) =30°F sustituyendo en la fórmula inicial W3V Q= 778.3 (8.34) (30) Q =

152364 ( 150) 778.3 (8.34 ) (30)

Q = 117.36 gpm

D = 12000 pies T1 = 50 °F Sustituyendo G1 =

5000 ( 12000) 778.3 (8.34) (50)

G1 = 185 gl Cálculo de la cantidad de agua requerida para las secciones de tubo (descenso) G2 G2 =

SW2L 778.3(8.34) (T1)

G2 = cantidad de agua requerida, secciones de tubos (gal) S = suma de tubos de descenso W2 = peso de un grupo individual de secciones de tubo L = longitud de un grupo (pies) T1 = aumento de temperatura en depósito de suministro (oF) D = profundidad del pozo (pies) N = número de secciones de tubo Ejemplo: W2 = 1108 libras L = 90 PIES D = 12000 pies

Un aumento en W3 o en V aumentará el flujo requerido (Q), que es necesario para mantener una temperatura de salida por debajo de los 180 ° F.

Calcular el numero de secciones del tubo

Cálculo de la cantidad de agua requerida para la carga inicial del gancho.

Calcular la suma de descensos

G1 =

W1 D 778.3 (8.34 ) (T1 )

G1 = cantidad de agua requerida para la carga inicial del gancho (W1) (gal) W1 = peso inicial del gancho (lbs) D = profundidad del pozo (pies) T1 = aumento de temperatura en depósito de suministro (°F) Ejemplo: Si D = 12000 pies W1 = 5000 libras

N = D/L =12000/90 = 133

S = (N2 + N)/2 S = (133 2 + 133)/2 = 8911 Sustituyendo valores en la formula G2 =

SW2L 778.3(8.34) (T1)

G2 = 2738 galones G3 = cantidad total del agua requerida G3 = G1 + G2 = 185 +2738 = 2923 galones

25



Advertencia: nunca debe dejar descender la carga en caída libre y retardarla mediante el suministro de fluido al freno hidromático.

sujetan a la sarta de perforación para permitir al perforador bajar o subir la sarta en el agujero. Los elevadores se aseguran al gancho, por medio de eslabones o asas. Frenos hidromáticos y/o magnéticos velocidades , El equipo rotatorio torques y presiones máximas

MODELO 15 D.R. V 80 341 342 46 R.C 60 R.C. BAYLOR 7838 BAYLOR 6032

PRESIÓN MÁXIMA P.S.L. 25 25 15 15 15 15 Req. 150 gal/min/enfriamiento Req. 75 gal/min/enfriamiento

VELOCIDAD MAXIMA RPM 2300 1550 600 600 500 375

Tabla 16

Block y cable de perforación El block viajero, (Figura 22) el de la corona y el cable de perforación constituyen un conjunto cuya función es soportar la carga que está en la torre o mástil, mientras éste se mete o se saca del agujero.

TORSIÓN 6,500 55,000 95,000 185,000 155,000 190,000 117,000 55,000

El equipo rotatorio consiste de la unión giratoria, la flecha, la mesa rotatoria, la barra maestra y la barrena.

El término "sarta de perforación" se refiere sencillamente a la tubería de perforación y el portabarrenas. Sin embargo, en la jerga petrolera, "sarta de perforación" a menudo se utiliza refiriéndose a todo el ensamble.

La flecha es una pieza de tubo cuadrado o hexagonal aproximadamente de 40 pies (12 m) y que forma el extremo superior de la barra maestra. Además, transmite la rotación a la sarta y a la barrena. La válvula de seguridad del cuadrante es una válvula especial que aparece como un bulto en la parte superior del cuadrante. Puede cerrar para aislar la presión que sale por la sarta de perforación.

El cable de perforación generalmente está construido de cable de acero de 1 1/8 y 1 ½ pulgadas (2.86 a 3.81 cm). El desgaste del cable se determina por el peso, distancia y movimiento de un cable viajando sobre un punto dado. La operación de guarnir casi siempre se lleva acabo antes de elevar el mástil. La parte del cable que sale del malacate hacia el bloque de corona, se llama línea viva - viva por que se mueve mientras se sube o se baja el bloque de aparejo en la instalación. El extremo del cable que corre del bloque de corona al tambor alimentador también se asegura. Esta parte del cable se conoce como línea muerta muerta porque no se mueve una vez que se ha asegurado.

El extremo superior del cuadrante o flecha se conecta a la unión giratoria y su extremo inferior va conectado a la tubería de perforación. La unión sustituta del cuadrante o unión sustituta es un cople corto que va enroscado a la parte inferior del cuadrante. Sistema TOP DRIVE

El gancho del bloque de aparejo se conecta a una barra cilíndrica de acero llamada asa, que soporta la unión giratoria o cabezal de inyección.

26

La unión giratoria o cabeza de inyección, va conectada al bloque de aparejo por una enorme asa. La unión giratoria tiene tres funciones básicas: soportar el peso de la barra maestra, permitir que la barra maestra gire y proveer un sello hermético y un pasadizo para que el lodo de perforación se bombee por la parte interior de la barra maestra. La flecha y mesa rotatoria

El bloque de corona es un arreglo de poleas montadas en vigas, en el tope de las torres de perforación. Durante la perforación, la carga consiste del gancho, la unión giratoria, la flecha, la tubería de perforación, la porta barrena y la barrena.

Los elevadores son un juego de abrazaderas que

Figura 23. Mesa rotaría.

Figura 22. Block viajero.

El "Top-Drive" se compone de una unión giratoria, motor eléctrico DC (el motor de AC está en desarrollo), frenos de disco para cualquier orientación direccional y un freno de inercia; de un sistema para controlar el torque, sistemas de control remoto para controlar el gancho, sistema de contrabalanceo para duplicar las funciones del amortigua-

Figura 24. Unión giratoria (Swivel).

miento del gancho convencional, válvula de control inferior, elevador bi direccional para enganchar lingadas y elevadores de potencia. Éstos últimos son opcionales. Figura 25 Aplicaciones: Para perforar pozos desviados, horizontales multilaterales y bajobalance. Beneficios: . Elimina dos tercios de las conexiones al perforar con lingadas triples.

.

Mantiene la orientación direccional en intervalos de 90 pies, y reduce el tiempo de supervisión (survey time) mejorando el control direccional.

27



Advertencia: nunca debe dejar descender la carga en caída libre y retardarla mediante el suministro de fluido al freno hidromático.

sujetan a la sarta de perforación para permitir al perforador bajar o subir la sarta en el agujero. Los elevadores se aseguran al gancho, por medio de eslabones o asas. Frenos hidromáticos y/o magnéticos velocidades , El equipo rotatorio torques y presiones máximas

MODELO 15 D.R. V 80 341 342 46 R.C 60 R.C. BAYLOR 7838 BAYLOR 6032

PRESIÓN MÁXIMA P.S.L. 25 25 15 15 15 15 Req. 150 gal/min/enfriamiento Req. 75 gal/min/enfriamiento

VELOCIDAD MAXIMA RPM 2300 1550 600 600 500 375

Tabla 16

Block y cable de perforación El block viajero, (Figura 22) el de la corona y el cable de perforación constituyen un conjunto cuya función es soportar la carga que está en la torre o mástil, mientras éste se mete o se saca del agujero.

TORSIÓN 6,500 55,000 95,000 185,000 155,000 190,000 117,000 55,000

El equipo rotatorio consiste de la unión giratoria, la flecha, la mesa rotatoria, la barra maestra y la barrena.

El término "sarta de perforación" se refiere sencillamente a la tubería de perforación y el portabarrenas. Sin embargo, en la jerga petrolera, "sarta de perforación" a menudo se utiliza refiriéndose a todo el ensamble.

La flecha es una pieza de tubo cuadrado o hexagonal aproximadamente de 40 pies (12 m) y que forma el extremo superior de la barra maestra. Además, transmite la rotación a la sarta y a la barrena. La válvula de seguridad del cuadrante es una válvula especial que aparece como un bulto en la parte superior del cuadrante. Puede cerrar para aislar la presión que sale por la sarta de perforación.

El cable de perforación generalmente está construido de cable de acero de 1 1/8 y 1 ½ pulgadas (2.86 a 3.81 cm). El desgaste del cable se determina por el peso, distancia y movimiento de un cable viajando sobre un punto dado. La operación de guarnir casi siempre se lleva acabo antes de elevar el mástil. La parte del cable que sale del malacate hacia el bloque de corona, se llama línea viva - viva por que se mueve mientras se sube o se baja el bloque de aparejo en la instalación. El extremo del cable que corre del bloque de corona al tambor alimentador también se asegura. Esta parte del cable se conoce como línea muerta muerta porque no se mueve una vez que se ha asegurado.

El extremo superior del cuadrante o flecha se conecta a la unión giratoria y su extremo inferior va conectado a la tubería de perforación. La unión sustituta del cuadrante o unión sustituta es un cople corto que va enroscado a la parte inferior del cuadrante. Sistema TOP DRIVE

El gancho del bloque de aparejo se conecta a una barra cilíndrica de acero llamada asa, que soporta la unión giratoria o cabezal de inyección.

26

La unión giratoria o cabeza de inyección, va conectada al bloque de aparejo por una enorme asa. La unión giratoria tiene tres funciones básicas: soportar el peso de la barra maestra, permitir que la barra maestra gire y proveer un sello hermético y un pasadizo para que el lodo de perforación se bombee por la parte interior de la barra maestra. La flecha y mesa rotatoria

El bloque de corona es un arreglo de poleas montadas en vigas, en el tope de las torres de perforación. Durante la perforación, la carga consiste del gancho, la unión giratoria, la flecha, la tubería de perforación, la porta barrena y la barrena.

Los elevadores son un juego de abrazaderas que

Figura 23. Mesa rotaría.

Figura 22. Block viajero.

El "Top-Drive" se compone de una unión giratoria, motor eléctrico DC (el motor de AC está en desarrollo), frenos de disco para cualquier orientación direccional y un freno de inercia; de un sistema para controlar el torque, sistemas de control remoto para controlar el gancho, sistema de contrabalanceo para duplicar las funciones del amortigua-

Figura 24. Unión giratoria (Swivel).

miento del gancho convencional, válvula de control inferior, elevador bi direccional para enganchar lingadas y elevadores de potencia. Éstos últimos son opcionales. Figura 25 Aplicaciones: Para perforar pozos desviados, horizontales multilaterales y bajobalance. Beneficios: . Elimina dos tercios de las conexiones al perforar con lingadas triples.

.

Mantiene la orientación direccional en intervalos de 90 pies, y reduce el tiempo de supervisión (survey time) mejorando el control direccional.

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Especificaciones: Motor eléctrico Guía de torsión CANRIG que cancela la contra torsión de perforación Existen equipos portátiles o fijos Procedimiento para desmantelar, transportar e instalar equipos de perforación convencionales y diesel eléctricos

Figura 25. Top Drive TDS-9S.

. Toma núcleos en intervalos de 90 pies sin tener que hacer conexiones.

. Se tiene perforación horizontal en tramos de 90 pies.

. Mejora la eficiencia en perforación bajo balance Se puede escarear y circular durante los viajes.

. Se puede circular y rotar mientras se viaja en pozos horizontales.

. Mejora la seguridad en el manejo de la tubería. Se tiene para perforación en tierra o costafuera. Sistemas compactos para acoplarse a la mayoría de los equipos de perforación.

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1.- Sacar auxiliares. 2.- Bajar rotaria, swivel (unión giratoria) y flecha. 3.- Desmantelar bombas presas y tanques de lodo. 4.- Despejar frente. 5.- Bajar mástil siguiendo instrucciones de acuerdo del mástil que se trate. 6.- Desguarnir cable. 7.- Desarmar mástil. 8.- Desencadenar transmisiones y líneas neumáticas y de combustible. En el caso de equipos diesel eléctrico se debe desconectar el sistema eléctrico. 9.- Bajar maquina y malacate. Para equipos diesel eléctricos bajar motores eléctricos, freno magnético, toma de fuerza y caseta del perforador 10. Desarmar subestructuras liberando las pizarras. 11.-Levantar pizarras. 12.-Transportar presas y tanques de lodo colocándose en su lugar. 13.-Transportar bombas e instalarlas. 14.-Transportar y colocar las pizarras en su lugar. 15.- Transportar y armar subestructura. 16.- Transportar y subir malacate según instrucciones. 17.- Transportar y subir máquinas. 18.- Encadenar transmisiones. 19.- Transportar y colocar plantas de luz tanques de agua y diesel en su lugar. 20.- Transportar y colocar bomba payner, bomba de agua y caseta de herramientas en su lugar. 21.- Transportar e instalar rampas de material químico. 22.- Transportar y armar mástil. 23.- Transportar carrete de cable y guarnir. 24.- Levantar mástil siguiendo instrucciones. 25.- Armar frente (transportar conductor, auxiliar, rotaría, swivel, flecha, herramienta y tubería de perforación.

W2 (lb)

= peso de cada grupo de secciones de tubo = 1108 libras

N

= número de secciones de tubo (pies) = 133 secciones T1 = aumento de temperatura en depósito de suministro (° F) = 50° F T inicial = 100 °F Calcular el peso total del gancho (W3) Fórmula W3 = W1 + NW2 W3= 5000 + 133 (1108) = 152,364 Lb. Calcular el aumento de temperatura del fluido del freno (T2) Fórmula T2 = 180 F -- (T inicial + T1 ) T2 = 180 ° F - (100°F+50°F ) =30°F sustituyendo en la fórmula inicial W3V Q= 778.3 (8.34) (30) Q =

152364 ( 150) 778.3 (8.34 ) (30)

Q = 117.36 gpm

D = 12000 pies T1 = 50 °F Sustituyendo G1 =

5000 ( 12000) 778.3 (8.34) (50)

G1 = 185 gl Cálculo de la cantidad de agua requerida para las secciones de tubo (descenso) G2 G2 =

SW2L 778.3(8.34) (T1)

G2 = cantidad de agua requerida, secciones de tubos (gal) S = suma de tubos de descenso W2 = peso de un grupo individual de secciones de tubo L = longitud de un grupo (pies) T1 = aumento de temperatura en depósito de suministro (oF) D = profundidad del pozo (pies) N = número de secciones de tubo Ejemplo: W2 = 1108 libras L = 90 PIES D = 12000 pies

Un aumento en W3 o en V aumentará el flujo requerido (Q), que es necesario para mantener una temperatura de salida por debajo de los 180 ° F.

Calcular el numero de secciones del tubo

Cálculo de la cantidad de agua requerida para la carga inicial del gancho.

Calcular la suma de descensos

G1 =

W1 D 778.3 (8.34 ) (T1 )

G1 = cantidad de agua requerida para la carga inicial del gancho (W1) (gal) W1 = peso inicial del gancho (lbs) D = profundidad del pozo (pies) T1 = aumento de temperatura en depósito de suministro (°F) Ejemplo: Si D = 12000 pies W1 = 5000 libras

N = D/L =12000/90 = 133

S = (N2 + N)/2 S = (133 2 + 133)/2 = 8911 Sustituyendo valores en la formula G2 =

SW2L 778.3(8.34) (T1)

G2 = 2738 galones G3 = cantidad total del agua requerida G3 = G1 + G2 = 185 +2738 = 2923 galones

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NOTA: En todas las aplicaciones de montaje indirecto, la velocidad incrementada por la relación del arreglo deberá ser la permitida para la operación del freno, en un 40% arriba de la velocidad recomendada.

26.- Armar piso, instar rotaria swivel y flecha. 27.- Perforar y meter auxiliares. 28.- Nivelar mástil. Procedimiento para izamiento de mástil

Observaciones La temperatura máxima de salida del hidromático debe ser de 180 °F La velocidad máxima de descenso será de 300 pies/ min. Cálculos del flujo requerido para el hidromático a través de fórmulas

Figura 21

Embragues tipo VC (de mayor uso dentro de los malacates) Figura 21 Características · Se utilizan en servicio pesado · Son usados para altas cargas al inicio · Compensan desalineamientos · Mayor ventilación · Bajos costos de mantenimiento Nota.- también se construyen en ensambles de montajes dobles. Freno hidromático auxiliar Importante: el freno hidromático puede reducir la velocidad de entrada de la tubería pero no detenerla, así que se deben prever otros medios para poder hacerlo. La instalación del freno hidromático puede ser directa o indirecta. Directa

· A través de un cople flexible · A través de un embrague

La flecha del hidromático está sujeta a una torsión de carga. Indirecta

a) Cálculo del flujo mínimo requerido a través del freno hidromático (gpm). b) Cálculo de la cantidad de agua requerida para la carga inicial del gancho (gal). c) Cálculo de la cantidad de agua requerida para las secciones de tubo (gal). Cálculos de flujo mínimo requerido a través del freno hidromático (Q). W3V Q = 778.3 (8.34 ) (T 2 ) Q = flujo mínimo para el freno hidromático (gpm) W3 = peso total del gancho (lb) V = velocidad de descenso del tubo (pies/min.) T2 =aumento de temperatura a través del freno (° F) W1 =carga inicial del gancho (lb) W2 =peso de cada grupo de secciones de tubo (lb) N =número de secciones de tubo (pies) T1 =aumento de temperatura en depósito de suministro (° F) Ejemplo

· A través de cadenas · A través de engranes

La flecha del hidromático está sujeta a 2 esfuerzos, de torsión y de flexión.

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La cantidad de agua requerida se puede calcular conforme a los siguientes casos:

V

= velocidad de descenso del tubo (pies/min.) = 150 pies/min.

W1

= carga inicial del gancho (lb) = 5000 lbs

Figura 26. Levantamiento del mástil.

1.- Armar el mástil a nivel del piso colocándolo sobre las correderas de las subestructuras. 2.- Revisar que todos los pernos tengan sus seguros colocados. 3.- Colocar en sus poleas las bridas de levante. 4.- Unir las bridas al mástil, con los pernos. 5.- Guarnir el cable de acero. 6.- Lubricar todas las poleas y partes de fricción. 7.- Anclar la polea viajera en la subestructura. 8.- Anclar la línea rápida en el tambor del malacate. 9.- Enrollar el cable necesario en el tambor del malacate para que una vez levantado el mástil permita bajar la polea viajera hasta el piso rotaria. 10.- Fijar la línea muerta en el ancla. 11.- Levantar la parte superior del "caballo" colocando los tubos espaciadores. 12.- Levantar el mástil colocando la corona sobre un camión Mack. 13.- Operar el malacate a la velocidad más baja, jalando el mástil hasta deslizarlo sobre las correderas a nivel del piso de la rotaria. 14.- Instalar los pernos en las piernas del mástil y la subestructura. 15.- Levantar estructura de levante "caballo" colocando pernos y seguros. 16.- Levantar el mástil colocando un "burro" en la corona. 17.- Instalar el "changuero". 18.- Colocar cables de la brida en sus poleas. 19.- Colocar el cable del malacate en la polea de la estructura de levante. 20.- Tensionar el malacate a la velocidad más baja.

21.- Revisar indicador de peso y línea del cable de acero en sus respectivas poleas. 22.- Instar cable de acero de 9 16" en la corona de longitud tal que sirva de retenida al mástil en el momento de alcanzar la posición vertical. 23.- Tensionar hasta 75 toneladas (para mástil de 142 pies) donde debería de iniciar a levantar el mástil. 24.- Operar el malacate a su velocidad más baja hasta que termine de levantar el mástil. 25.- Antes de llegar a la posición vertical aguantar el mástil con un camión Mack para que no caiga bruscamente sobre el "caballo". 26.- Colocar los candados del mástil (pernos con sus seguros). 27.- Quitar la bridas de levante acomodándolos en las secciones laterales del mástil. 28.- Proteger las bridas de levante con untura para cables. II. UNIDADES MÓVILES DE PERFORACIÓN MARINA Antes las unidades de perforación marina fueron equipos de perforación terrestre colocados sobre una estructura para perforar. Se usaron las mismas técnicas desarrolladas en tierra. Se les denomina móviles de perforación a los equipos convencionales montados sobre plataformas autoelevables, semisumergibles y barcos perforadores. Las técnicas desarrolladas se utilizaron por algún tiempo, mas la necesidad de perforar en aguas más profundas creó al nuevo ingeniero de diseño de estructuras costafuera. Junto con los nuevos conceptos de ingeniería, se creó una nueva generación de equipos de perforación ahora ya conocidos, como: sumergible (o barcaza), plataforma autoelevable, semisumergible y barco perforador, como se ilustran en la figura 27.

Figura 27. Equipos móviles de perforación.

29



Estos equipos tienen la característica de trasladarse de una localización a otra navegando con apoyo de barcos remolcadores. Éstos se encargan de colocarlos en sus respectivas localizaciones, efectuando maniobras de anclaje.

En el anexo, tablas A-1 a la A-4, se muestran las características de los equipos tales como nombre de los equipos, capacidad de carga, dimensiones, tirante de agua, alcance y peso del equipo. Plataforma autoelevable (jack-up)

Equipo de perforación sumergible (barcaza)

Este es un tipo de plataforma especial usada para perforación y reparación de pozos. Tiene la capacidad de moverse de una localización a otra, por medio de autopropulsión o por medio de remolcadores. Así, la perforación es su función principal, ya sea de pozos exploratorios o de desarrollo.

Este equipo es usado en aguas muy someras y protegidas, como ríos, bahías y en aguas de hasta 15m. (50 pies) de profundidad. Dicha unidad tiene dos cascos; el superior, conocido como cubierta Texas, usado para alojar a la cuadrilla de perforación y al equipo. La perforación se lleva a cabo a través de un área rectangular en la popa de una estructura en cantiliver. El segundo casco es el inferior. Es el área de lastrado y también es la base sobre la que descansa el equipo en el fondo marino o lacustre.

Una vez que se encuentra en la posición deseada, las piernas son bajadas hasta alcanzar el fondo marino. Cuando las columnas o piernas se encuentran asentadas en el lecho marino, la cubierta es elevada más allá del nivel de agua, hasta tener una plataforma de perforación estable.

El equipo sumergible es llevado a flote hasta la localización como una barcaza convencional y se lastra para sumergirlo hasta que descanse en el fondo marino o lacustre. El casco inferior está diseñado para soportar el peso total de la unidad, más la carga de perforación.

Cuenta con una cubierta que tiene la capacidad de posicionarse a la elevación que se requiera. Ésta soporta sobre sí todo el equipo necesario para lograr su objetivo. Además de un módulo habitacional y un helipuerto. Para apoyarse en el lecho marino, esta cubierta se encuentra soportada comúnmente por tres columnas de sección triangular o circular que tienen en su extremo inferior un sistema de "zapatas aisladas" o "losa de cimentación".

Un factor muy importante es la estabilidad de estas unidades mientras se están lastrando. Las técnicas que se desarrollaron para el lastrado fueron las bases para el lastrado de los semisumegibles. Los sumergibles empiezan a desaparecer en los años 70. Entonces, se requería perforar a mayor profundidad de la que correspondia a las caracteristicas de su diseño.

Diámetro del

Diámetro del

Capacidad de

Reutilizada resistencia del

cable

carrete

torsión

en pulgadas

en pulgadas

mínima en lbs-pie

en pulg

en libras

1

20

48,873

11.368

103,180

1 1/8

22.5

69,167

12.789

129,800

1 1/4

25

94,437

14.21

159,500

1 3/8

28

126,797

15.881

191,620

cable

Tabla 15

sidera al 0.9039 de lo especificado). Velocidad de baja en RPM, Velocidad de alta RPM. Torsión en el embrague de alta y baja (lb-pie) Torsión= HP x 5252 / RPM = Lb-pie NOTA: Con la capacidad del embrague se podrá verificar el factor de diseño de la línea rápida (tensión de la línea, torsión del embrague).

Tipos de embragues neumáticos Embragues tipo CB (de mayor uso en bombas de lodos y motores del malacate) Características : Embrague tipo CB. figura 20 · Se utilizan para altas velocidades

Serie VC para trabajo pesado Rango de par de torsión 3051 Nm (27,000 lbs-plg)

Otra de sus características importantes es la torre de perforación ubicada en un cantiliver móvil. Esto

· Tienen un amplio rango de torsión · Ajuste automático · Compensan desalineamientos

?

· Absorben impactos Serie CB para trabajo estándar Rango de par de torsión 113 Nm (100 lbs-plg) a 29,380 Nm (260,000 lbs-plg)

?

? ?

P

P

cc

P

P

P

P

P

P

tendones

P

P

c c

P

?

risers

· No necesitan lubricación

Figura 19

Figura 28. Sistema de producción (FPSO), plataforma semisumergible, unidad flotante Spar.

30

*Nm = Newton - m lbs - pulg =___ N x 2.2 x 39.37 = N x 8.829 9.81

Figura 20

23



CARGAS MÁXIMAS RECOMENDADAS CON UNA POTENCIA DE 1000 HP y 1100 RPM

Embrague del carrete

Transmisión Carga total en 1000 lb.

baja

Núm. de líneas (433) 6 335

Baja 2da alta

250

165

baja

Alta 2da

alta

120

70

45

(560) 430 325 212 155 90 60 (678) 10 L 525 390 255 185 110 70 Tensión potencial en la línea rápida = 82,675 lb. Tensión en la línea rápida limitada por el embrague = 63700 lb. 8L

Tabla 14

Para calcular la tensión y velocidad en la línea rápida se emplean las siguientes fórmulas: TLR = (HP x 33,000 x Ef) / (VLR) VLR = (2p r / 12 ) x rpm o VLR = Vg x NL Donde: TLR-en lbs HP en caballos de potencia Ef-en % VLR-en pie/min Vg- en lbs NL N° de líneas

Los embragues se pueden clasificar en los tipos siguientes :

. Zapata externa sobre tambor . Zapata interna sobre tambor . Disco sobre disco.

Embrague de fricción utilizado en el carrete del malacate IMPORTANTE: Una regla general para seleccionar un embrague, es ver que la capacidad del embrague de baja sea suficiente para levantar una carga igual a la resistencia normal de rompimiento (factor de diseño = 2). Fórmula para obtener la capacidad de torsión del embrague

La longitud de una vuelta de cable de la cama del carrete de un malacate es: Lv= 2 p r / 12

Los embragues son dispositivos de fricción utilizados para conectar ejes (acelerando los cuerpos conducidos hasta que alcancen la misma velocidad angular que el impulsor).(Figura 18)

22

a). Costa del Golfo de México, porción americanaolas de 16m. (55 pies), vientos de 200 km./hr. (125mph). b). Mar del Norte-olas de 23 m (75pies), vientos de 175 km/hr. (115mph), corriente de (1.8 a 3.6 km./ hr). c). Sureste asiático-olas de 9 m (30 pies), viento de 160 kg./hr. (100 mph) y corriente mínima.

NOTA: El embrague debe de ser proyectado para que se deslice antes de que ocurra una sobrecarga peligrosa.

El radio de trabajo del carrete del cable se obtiene midiendo desde el eje principal del carrete del cable, hasta el centro del cable de la segunda cama.

Embragues

Los jack-ups actuales se usan en todo el mundo en condiciones ambientales muy severas. Por ejemplo, un equipo para 76 m (250 pies) de profundidad, debe llevar el siguiente criterio de diseño:

Los factores de diseño que son considerados : . Potencia que debe ser absorbida . Temperatura a disipar . Velocidad (rpm)

cap. torsión mínima = (resistencia del cable x radio de trabajo del carrete)/ 2.

Figura 18. Embrage en el malacate.

aguas de hasta 60 m de profundidad, con un criterio de diseño para olas de 6 a 9 m y vientos de 120 km/ hr. Cuando existía la amenaza de un huracán estas unidades eran movidas hacia aguas protegidas.

El r de trabajo que se considera es sobre la segunda cama del carrete, ya que dependiendo del diámetro del cable que se utilice, se obtendrán diferentes torsiones y consecuentemente diversas capacidades de embrague, como se muestran en la tabla15: Capacidad del embrague Para verificar la capacidad del embrague se requiere conocer: La potencia que llega al embrague (se con-

Figura 29. Equipo lacustre.

permite el acercamiento de la misma a los pozos de las plataformas fijas. El primer equipo jack-up fue el De Long Núm. 1, construido en 1950 y convertido en plataforma fija en 1953.

Así sucesivamente, al incrementarse la profundidad del agua, el criterio de diseño se vuelve más severo. Un punto muy importante es que el criterio actual debe establecerse, usando datos de meteorología del área donde se va a perforar.

El primer jack-up móvil fue el DeLong-McDesmontt Núm. 1. Después fue llamado Offshore Co. Rig. Núm. 51. En 1955 se construyó el primer jack-up de 3 piernas llamado Scorpion. Este equipo tenía piernas independientes y usaba un sistema de elevación de piñón y cremalleras sobre las piernas de estructura reticular. Durante varios años trabajó con éxito y posteriormente se perdió en un accidente en el Golfo de México. (Ver figura 30). Siguieron otros equipos como el Mr. Guss II que tenía un casco inferior. Servía de soporte a las tres piernas tubulares y el casco superior era elevado con un sistema de gatos hidráulicos. Debido a las longitudes de sus piernas, con estos equipos se puede perforar pozos en tirantes de agua máximo de 90 m. Sus capacidades de carga variable son de 1,500 a 1,800 toneladas cortas y su carga total varía entre 7,200 y 7,670 toneladas cortas. La primera serie de jack-ups, se diseñó para operar en la porción americana del Golfo de México, en

Figura 30. Plataforma autoelevable jack-up.

31


El diseño de las plataformas autoelevables está clasificado en dos categorías: la plataforma de piernas independientes y la plataforma soportada por un casco inferior. La plataforma de piernas independientes puede operar en cualquier área, pero normalmente es usada en donde existen fondos firmes, arrecifes o fondos marinos irregulares. La unidad de piernas independientes tiene una base en cada pierna para soportarse, son de forma circular, cuadrada o poligonal y de tamaño pequeño (ver figura 31). La base más grande que se ha usado es de alrededor de 17 m (56 pies) de ancho. Estas bases son sometidas a presiones de soporte de alrededor de 2.44 a 2.93 kg/cm2 (5,000 a 6,000 lbs. por pie cuadrado), aunque en el Mar del Norte esta presión puede llegar hasta 4.88 kg/cm2 (10,000 lb/pie2). Consideraciones para determinar qué tipo de jackup se debe usar:


sola cubierta, la cual aloja el equipo e instalaciones necesarios para realizar su función. Estas plataformas cuentan con sistemas de propulsión propios ubicados en los pontones. En otras palabras, son autopropulsables. Los miembros principales (pontones) se encuentran sumergidos. Esto permite incrementar el periodo fundamental en sustentación de la estructura y evitar la resonancia con el oleaje. También reduce las cargas laterales generadas por dicho oleaje. Esta reducción en la carga, se debe a que los miembros principales del casco se localizan a una elevación en la que la energía del oleaje es menor. Una semisumergible posicionada dinámicamente puede operar en aguas profundas de hasta 500 m, pero el yacimiento tendría que ser muy productivo para justificar los gastos de combustible.

1. - Profundidad del agua y criterio del medio ambiente. 2. - Tipo y resistencia del fondo marino. 3. - Capacidad de profundidad de perforación. 4. - Necesidad de moverse durante la temporada de huracanes. 5. - Capacidad de operar con soporte mínimo. 6. - Qué tan a menudo es necesario mover la unidad. 7. - Pérdida de tiempos en el movimiento. 8. - Límites operacionales y de remolque de la unidad. Semisumergibles Este tipo de plataforma evolucionó a partir de la sumergible. Varias se diseñaron para operar, ya sea descansando en el fondo del mar o totalmente a flote. Estas plataformas realizan actividades relacionadas con la exploración y perforación de pozos. También apoyan operaciones de mantenimiento de instalaciones existentes. A pesar de la gran variedad de diseños de semisumergibles, pueden ser clasificadas en 2 grupos principales: 1) con columnas conectadas a zapatas o pontones separadas, y 2) con pontones gemelos. Estas columnas soportan una

32

La figura 17 nos permite visualizar la manera en que se calcula la (r) a utilizar, ya que la distancia (C), se deberá sumar al radio del carrete, para obtener dicha (r) . A continuación se presenta el valor de (C), de acuerdo al cable utilizado. Diámetro

A

B

nominal

Seno de 60° por el

Radio

del cable

diámetro nominal

del

C=A+B

1”

0.866 *1 = 0.866

0.5”

1.366

1.125”

0.866 *1.125 = 0.974

0.5625”

1.5365

1.25”

0.866 *1.25 = 1.0825

0.625”

1.7075

1.375”

0.866 *1.375 = 1.190

0.6875

1.8775

Ejemplo: Para un malacate de 1000 HP con sus relaciones de transmisión igual a la tabla anterior, con un carrete de 25" de diámetro y línea de 1 ¼", y cuya velocidad de entrada al malacate es de 1100 rpm se tiene:

Transmisión

Rev flecha de mando rpm carrete Vel. Línea rápida Veloci- 6 L dad del 8 L gancho 10 L

Baja baja

2da

23.15 13.39 8 8 47.5 82.1 353.4 610.8 59 102 44 76 35 61

baja

0.908

6

0.874

8

0.842

10

0.811

12

0.782

Considerando el 98% de eficiencia para cadenas y flechas bajo cargas desde la cadena impulsora hasta el carrete, se obtiene la eficiencia total al gancho. Para calcular la eficiencia del carrete se consideraron 6 cadenas y flechas.

No. Líneas

Eficiencia Eficiencia de las del malacate poleas 0.886 0.874 0.886 0.842 0.886 0.811

Eficiencia total 0.774 0.746 0.719

Utilizando las fórmulas:

Alta alta

4

Tabla 13

VELOCIDAD DEL MALACATE

Embrague del carrete Impulso/carrete

Eficiencias de las Poleas (K= 0.9615)

6 8 10

La relación de velocidad del carrete. Las rpm del carrete.

La configuración general de un semisumergible, consiste de dos cascos inferiores longitudinales. Éstos se usan como compartimentos de lastre que obtienen el calado para perforar. Cuando el equipo está en tránsito estos cascos inferiores son también los cascos primarios. En virtud de su tamaño y configuración, el semisumergible ofrece baja resistencia al

No. de Líneas

Tabla 12

Tabla 10 para calcular el factor de ajuste en el r.

En el diagrama de relaciones de velocidad se obtiene:

Los equipos semisumergibles están diseñados para operar en aguas de 180, 305 y 457 m. (600, 1000 y 1500 pies) de tirante de agua y son sometidos a condiciones de olas y vientos severos.

Usando las siguientes eficiencias. Tabla 12.

cable

Velocidad en la línea rápida

Figura 31. Plataforma autoelevable.

Es importante determinar las cargas potenciales al gancho que el malacate pueda levantar para cada una de las velocidades con que se cuenta.

2da

alta

8.818

6.429

3.719

2.448

124.7 927.8 155 116 93

171.1 1273 212 159 127

295.8 2201 367 275 220

449.3 3335 556 417 334

Tabla 11

La (r) utilizada para el cálculo es de 14.21 y se obtiene: Sumando el valor de (c) de la tabla 10 para calcular el factor de ajuste en el r, al radio nominal del carrete que para el cable de 1¼" es de 1.7075 al radio del carrete 12.5 obtenemos 14.2075 = 14.21

HP = (Wg x d) / (33000 x t) Pot. Gancho = (Wg x Vg) / (33000) Donde: d= espacio a levantar la carga, en pies Wg= peso a levantar con el gancho en lbs Vg= velocidad del gancho en pies/min t= tiempo en minutos Se pueden determinar las cargas del malacate a diferentes velocidades, como en la tabla 14:

21



Long. carrete =(núm. de vueltas x DC/3 + (6 ó 9) = pulg. L parada o lingada x núm. líneas x Dc + 6 o 9= pulg L carrete = 2p Rc x 3

Rc = Radio del carrete ¿Cuál deberá ser la longitud del carrete para un equipo que opera con 6 líneas, y donde la longitud por parada (Lp) es de 59 pies y el diámetro del cable es de 1 1/8" (1.125 pulg).

de entrada del malacate entre el número de dientes de la catarina del motor. El resultado de esta división es la relación de velocidad. Ejemplo: (72/ 28 = 2.57). 2º. Para la obtención de las revoluciones de la flecha de mando se dividen las rpm del motor entre la relación de velocidad obtenida anteriormente. Ejemplo: (1100/2.57 = 428 rpm)

LÍMITE

Datos: L parada (lingada) = 59 pies = 59 x 12 = 708 pulg NL = 6 dc = diámetro del carrete mínimo = DC x 20 DC=D. cable = 1.125 pulg π= 3.1416 = 3.14

Long Carrete

Lp x NL x Dc 9 2 X Rc 3

Calcular el diámetro del carrete mínimo dc = Dc x 20 sustituyendo: dc = 1.125 x 20 = 22.5 pulg

TRANSMISIÓN

BAJA

ALTA

BAJA

23.158

6.429

SEGUNDA

13.398

3.179

ALTA

8.818

2.448

Tabla 9

Calcular el radio del carrete

Sustituyendo en la fórmula :

Si se opera el malacate con 1100 rpm a la entrada, las seis velocidades del carrete se determinan dividiendo las 1100 rpm entre cada una de las relaciones de la transmisión.

Lc= [( 708 x 6 x 1.125 ) / ( 2 x 3.14 x 11.25)3] + 9 = [(4779 )/ (70.65) x 3] + 9 = [( 4779 ) / (211.95)] + 9 = 22.54 + 9 = 31.54

La velocidad de la línea rápida, se toma como la longitud de una vuelta sobre la segunda cama enrollada, multiplicada por las rpm del carrete.

Longitud del carrete = 31.54 pulg

Velocidad línea rápida pies/min =

Rc = (dc/2) = (22.5/2) = 11.25 pulg

2pr 12

Relaciones de velocidad Antes de calcular las velocidades y cargas de levantamiento del malacate, debe conocerse la relación de reducción de la velocidad entre el impulsor y el carrete del malacate. Para la obtención de las relaciones de velocidad y revoluciones de la flecha de mando del malacate se hace lo siguiente: 1º. Se divide el número de dientes de la catarina

20

Figura 17

x rpm del carrete

remolque. Al mismo tiempo, tiene una gran estabilidad. (Ver Figura 32). Existen otros diseños de semisumergibles, tales como: el diseño triangular, usado en la serie Sedco; el de cuatro cascos longitudinales de la serie Odeco; (ver Figura 33) y el de 5 pontones del equipo Pentagone, diseñado por los franceses. La unidad Pentagone es, posiblemente, la de más éxito de los tipos de cascos múltiples. Ofrece una simetría única y una uniformidad de características de estabilidad. Los semisumergibles permiten que la perforación se lleve a cabo en aguas muy profundas y se mantienen en localización, ya sea por sistemas convencionales de anclaje o por posicionamiento dinámico.


Normalmente, el sistema convencional de anclaje consiste de 8 anclas colocadas en un patrón abierto y conectadas al casco por medio de cadenas o cables de acero o una combinación de los dos. El método de posicionamiento dinámico, es una evolución del sistema de sonar del barco, donde una señal es enviada desde la unidad flotante a un transductor colocado en el fondo del mar. Al incrementarse la profundidad del agua, el uso de este sistema se vuelve necesario. Generalmente, es considerado en tirantes de agua mayores a 305 m. (1000 pies), aunque un semisumergible ha operado en 457 m. (1500 pies) de profundidad usando la combinación de cable y cadena. Debido a la masa sumergida del semisumergible, el rol y el cabeceo son de pequeña amplitud. El movimiento vertical es el que causa problemas a los semisumergibles. Por los esfuerzos a los que se somete la sarta de perforación cuando la unidad está moviéndose verticalmente, el semisumergible que tiene una respuesta pequeña al movimiento vertical es considerado como el más adecuado. El movimiento vertical se genera como una respuesta al plano de flotación expuesto. Mientras más pequeño sea el plano de flotación, más pequeño será el movimiento vertical. Esto se consigue en el semisumergible, hundiendo los cascos inferiores y flotando al nivel de las columnas.


Con la reducción de plano de flotación para disminuir el movimiento vertical, se reduce también la estabilidad de la unidad. Por lo tanto, los diseñadores deben llegar a establecer una relación adecuada entre los valores aceptables de estabilidad y el movimiento vertical. Otra consideración en el diseño y operación de un semisumergible es la propulsión. La autopropulsión envuelve una inversión grande inicial, la cual se recupera en un periodo razonable, si lo que se requiere

33



es tener movilidad. Pero si se considera que una vez que la unidad llega a su localización, permanece en esa área por largo tiempo, las unidades de propulsión, no sólo no son necesarias, sino que además ocupan espacio y capacidad de carga muy valiosas. Factores para seleccionar un semisumergible: a) Profundidad del agua. b) Profundidades a las que se requiere perforar. c) Datos del medio ambiente. d) Características de movimiento de la unidad. e) Capacidad de almacenamiento de materiales de consumo. f) Movilidad de la unidad.

Los primeros barcos perforadores fueron unidades convertidas de: barcazas, barcos graneleros, barcos tanques o barcos abastecedores. Esta práctica casi desapareció para dar paso al nuevo diseño y construcción de barcos perforadores especializados, tales como el Glomar Challenger o el Discoverer de la Offshore. Los barcos perforadores son los más móviles de todas las unidades de perforación marina. También son los menos productivos. La configuración que les permite alta movilidad, les resta eficiencia al perforar. (Ver figura 34 y 35). Los barcos perforadores se usaron extensamente para llenar el espacio de capacidad entre el jack-up y el semisumergible, y son los que han perforado en aguas más profundas. El movimiento vertical es el mayor problema cuando se usa una unidad flotante. Debido a su superficie de contacto con el mar y comparado con el semisumergible, el barco perforador desarrolla respuestas muy grandes de movimiento vertical.Ha sido posible reducir el rol en los barcos por medio de tanques estabilizadores. Pero no se ha podido reducir el movimiento vertical.

34

metro es de 1.2 pies ¿Cuál será la torsión requerida para mantener el freno? QR = TLR x rt QR = capacidad de torsión requerida TLR= tensión en la línea rápida Rt= radio de trabajo

El coeficiente de fricción de las balatas sobre el aro de acero del freno, no variará mucho de un freno a otro. Por lo tanto, se pueden hacer las siguientes aproximaciones:

QR = 30,000 x 1.2 = 36,000

0.30 General El factor 0.30 se utiliza con más frecuencia para : Figura 34. Barco perforador 1.

En 1999 se inició la perforación del pozo exploratorio Yumtsil-1 que se localiza en la División Marina Suroeste, con el barco perforador Discoverer 511. (Ver figura 35). El anclaje de los barcos perforadores es similar al empleado por los semisumergibles. Sin embargo, hay un sistema adicional que ha sido desarrollado en los barcos perforadores, el sistema de torreta.

.

Compensar las variaciones en las propiedades del revestimiento.

.

Las condiciones de operaciones desfavorables son altas temperaturas por el contacto y contaminación por partículas desgastadas, agua, lodo y aceite.

FACTOR

Los barcos perforadores son herramientas versátiles. Pero deben ser considerados para usarse en áreas con olas de poca altura y vientos con bajas velocidades. Plataformas con piernas tensionadas (TLP) En campos de aguas profundas,las plataformas de patas tensionadas han sido desarrolladas para generar el potencial económico de los nuevos descubrimientos. Se emplean para la perforación en aguas con un tirante mayor de 600 m. Están sujetas mediante cables de ancla fijados en el fondo marino y se mantiene en la superficie mediante columnas flotantes. Su instalación es muy sencilla ya que no requiere barcazas grúa. Tiene una gran estabilidad en condiciones meteorológicas severas.

0.30 0.35 0.40 0.45

SUSTITUYENDO

Torsión de frenado = 36,000 lb-pie Dimensiones del carrete principal del malacate

0.52 Revestimiento nuevo

Barcos perforadores Como su nombre lo indica, es un barco sobre el cual se instala un equipo de perforación con todo lo necesario para efectuar trabajos de su tipo en el mar.

Q = T1 r ( 2.718 (0.0175 af)- 1 ) Q = torsión de la banda de frenado (lb-pie) T1= tensión de la banda en el extremo activo r = radio de freno (pies) a = ángulo de contacto de la banda (grados) f = coeficiente de fricción Las variables T1, r y a son establecidas por el diseñador.

TORSIÓN DE FRENADO NOMINAL 135% de incremento 182% de incremento 238% de incremento 314% de incremento

Tabla 8

Como la clasificación del malacate y el diámetro del cable están relacionados, el diámetro del carrete debe aumentar con la capacidad del equipo. El uso de un carrete pequeño y de menor capacidad de la que requiere el equipo causaría esfuerzos máximos en el cable, dañándolo y acortando su vida útil. Notas:

El diámetro mínimo del carrete para un malacate debe ser de 20 a 24 veces mayor que el diámetro del cable. Con este valor, la resistencia al rompimiento del cable enrollado sobre el carrete, será del 92 al 85% de su resistencia total. Longitudes mínimas de trabajo de los carretes La longitud del carrete correcta deberá estar en función a una parada de la tubería de trabajo (doble o triple), de tal manera que se maneje sin que la línea enrollada en el carrete, sea mayor de tres camas. Precaución

Para ilustrar el efecto del factor de fricción sobre la torsión de frenado se tiene (tabla 8): El freno de un malacate requiere de una capacidad de torsión, igual a la tensión en la línea rápida, multiplicada por el radio de trabajo del carrete. Ejemplo: Si la tensión en la línea rápida es de 30,000 libras y el radio de trabajo sobre la segunda cama del carrete con un cable de 1 ¼" de diá-

Si existen más de tres camas del cable enrolladas en el carrete, ocurrirá una abrasión sobre el cable y los laterales del carrete. Para calcular la longitud de los carretes se emplean las fórmulas siguientes: Diámetro del carrete (dc); Radio del carrete (Rc) Diámetro del cable (DC)

19



3 1 2 ´ numero de perros espacio entre Diámetro del cable perros en mm y grapas en pulgadas

Tabla 7

3/8

2

57

127

½

3

76

228

5/8 ¾ 7/8

3 4 4

95 114 133

279 457 533

1 1 1/8

4 5

152 177

609 889

1¼

5

203

1016

1 3/8

6

228

1371

1½

6

254

1524

9.- Apretando los tuercas después de usar el cable. Después de que el cable ha estado en uso por corto tiempo, las tuercas en todos los perros se deben volver a apretar, ya que la tensión tiende a alargar el cable y por consecuencia se obtiene una reducción en su diámetro. Los sistemas de amarres con perros o grapas deben inspeccionarse con regularidad y asegurarse de que las tuercas estén debidamente apretadas.

El uso de nudos con o sin perros no es recomendable ya que deforma y debilita el cable.

2.- Se releva asimismo conforme el carrete empieza a girar en la dirección de levantamiento.

. seguridad y confiabilidad . efectividad . facilidad de mantenimiento 18

La aplicación de las TLP's se extiende paulatinamente. A la fecha, ha sido considerada para el desarrollo de campos en el Mar Mediterráneo y costas de Brasil, para usarla en aguas muy profundas. El mayor tirante en el que se ha instalado una TLP es de 536 m. Ventajas: · pozos superficiales · cuenta con equipos de reparación y terminación de pozos · costo moderado · sistema recuperable en sus componentes principales.

En gran medida, la efectividad de operación es auxiliada por las características propias del tipo de frenado autoenergizante. Éste cumple con dos características:

10.- Uso de Nudos

El sistema de frenos de fricción del carrete del malacate es importante para la correcta operación de un equipo. Sus requerimientos generales son:

Los elementos verticales o tensores se anclan al fondo marino por medio de una estructura fabricada a partir de acero estructural y cimentado mediante pilotes. Una parte esencial de la TLP son las juntas flexibles. Estas juntas (llamadas Flex-Joints), fabricadas con acero y material elastómero, permiten que la estructura se desplace horizontalmente sin provocar flexión en los tensores.

La seguridad y la confiabilidad, se obtiene con diseños cuidadosos y construcciones fuertes de todos los elementos sometidos a cargas en el sistema de frenado.

1.- Reduce la fuerza que debe ser aplicada para operar el freno.

Frenos de fricción del malcate

La TLP (Tensión Leg Platform) o plataforma de piernas tensionadas, es un sistema semejante a la plataforma semisumergible, sólo que ésta se encuentra anclada al fondo por medio de elementos verticales, los cuales se mantienen en tensión, debido al exceso de flotación en la plataforma.

4 longitud de cable doblado excluyendo al ojo en mm

El diseño propio de la fuerza de frenado multiplicado por el sistema de articulación, proporciona una ventaja mecánica tan alta como 80:1. Esta relación alta de fuerzas, permite el frenado para las cargas altas con una fuerza manual razonable, aplicada sobre la palanca de operación del freno. Usualmente, la carga de la polea viajera debe sostenerse sólo con el peso de la palanca. La fórmula para determinar la capacidad de torsión de la banda del freno es :

Desventajas: · soporta un solo equipo de perforación · tecnología compleja. · costoso en aguas someras.

Figura 35. Barco perforador 2.

El costo de la TLP se incrementa al aumentar la profundidad, debido a los cables de anclaje. Mientras que las unidades semisumergibles y los barcos de perforación se utilizan sólo para la perforación, las TLP's tienen mayor ventaja en cuanto a versatilidad para perforar, recuperar y producir pozos, casi en forma simultánea.

Las principales consideraciones que se deben de tomar en cuenta para la selección de una unidad flotante de perforación son las siguientes: Estabilidad: Es simplemente la habilidad de un equipo marino de permanecer a flote y de la manera más vertical posible. La estabilidad se divide en dos: a) Estabilidad intacta b) Estabilidad dañada

35


Para cada equipo el diseñador y/o constructor deben proporcionar al propietario del equipo, un libro de estabilidad. Como mínima información, éste debe contener: a) Propiedades hidrostáticas b) Curvas de estabilidad c) Curvas de estabilidad estática d) Curvas de estabilidad dinámica Las partidas c y d deben ser suficientes para cubrir el rango de operación normal de la unidad. A continuación se explican cada una de las partidas anteriores: a. Propiedades hidrostáticas. Se generan de la forma de la porción sumergida del equipo y pueden usarse para determinar el peso del equipo y la localización longitudinal y transversal del centroide. b. Curvas de estabilidad. También se generan de la porción sumergida del equipo y son usadas por el diseñador para determinar la cantidad de estabilidad que la unidad tiene cuando está inclinada. c. Curvas de estabilidad estática. Se derivan de las curvas de estabilidad y son curvas de brazo enderezamiento. También conocidas como curvas GZ. d. Curvas de estabilidad dinámica. Se producen a partir de las curvas de estabilidad estática y de cálculos. Determinan el momento de volteo causado por un viento de cierta velocidad. Esta curva probablemente es la más significativa de todas porque muestra si el equipo puede o no ser remolcado o movido durante el estado del tiempo pronosticado, dentro de los parámetros de seguridad de los cuerpos regulatorios, (ABS, Norke, Veritas, Lloys, etcétera). e. Curvas KG de estabilidad dinámica permisible. Son generadas de los cálculos de estabilidad dinámica. Estas curvas son una extensión de las curvas de estabilidad dinámica y simplifican el trabajo del encargado de mover un equipo (rigmover), eliminando la necesidad de preparar un cálculo cada vez que tenga que tomar una decisión sobre las condiciones de remolque.

36


f. Los cálculos de estabilidad dañada deben prepararse por el efecto de daño a los compartimentos exteriores o a la inundación de cualquier compartimento. Estos cálculos deben demostrar que la unidad tiene suficiente estabilidad de reserva para sobrevivir a inundaciones o daños. Si para la construcción y clasificación de unidades móviles de perforación del año 1973, la habilidad para sufrir daño o inundación debe considerarse en asociación con el efecto de volteo de un viento de 120 km/hr. (65 nudos).

Instalación de perros o grapas

g. El análisis de las respuestas de movimiento es el estudio del equipo cuando está en la situación de entrar a una localización y los resultados de estos análisis se usan para determinar los esfuerzos inducidos, cuando una pierna de un jack-up toca fondo o los causados por las fuerzas de anclaje en un barco perforador o en un semisumergible.

Cuando se instalen perros, la longitud del cable que se debe doblar para formar un ojillo, depende del tamaño del cable y la carga que se va a manejar.

h. Las características de barco ligero son posiblemente la información más usada (o mal usada) que puede proporcionarse. Esta información se prepara a partir de una serie de cálculos de pesos exactos o de un experimento de inclinación, o de ambos. Los cálculos determinan el peso y el centro de gravedad en todas las direcciones del equipo vacío. No se incluyen pesos variables de ninguna especie. De esta información, el operador determina las condiciones del equipo de cualquier tiempo. Se debe enfatizar que, aunque el constructor haya hecho el esfuerzo de determinar estas condiciones, es obligación del propietario o del operador asegurarse que los valores sean ajustados si se hace algún cambio al equipo o estructurales, edición, remoción, o incluso recolocación de equipo. Las características de barco ligero o vacío son la base de todos los cálculos para las condiciones a flote o en posición elevada. Si se usa un dato inexacto, esto no sólo hace que todos los otros cálculos no tengan valor, sino que se pone en peligro la seguridad del equipo y su personal. Movimiento: El movimiento es la relocalización del equipo para cualquier propósito. Aunque casi siempre se piense

1.- Tipo y resistencia El método para instalar perros en los cables es ampliamente usado. Se recomiendan perros forjados del tipo "U" o de doble quijada. Cuando éstos están correctamente instalados se puede obtener, usando este sistema, el 80% de la resistencia del cable. 2.- Doblez

Las longitudes y medidas recomendados desde la base de la rozadera se dan en la tabla 7. 3.- Rozadera La rozadera o guarda-cabo deberá amarrarse inicialmente al cable en el punto que se desee, y entonces se doblará al cable alrededor de la rozadera y se asegurará temporalmente amarrando la punta al cable con alambre.

tir entre ellos se da en la tabla 7. Perros adicionales se instalarán a espacios equidistantes, antes de apretar completamente el segundo y los otros perros, se le deberá dar cierta tensión al cable para estirarlo e igualar la tensión en las dos puntas del cable. 7.- Instalación correcta e incorrecta Cuando los perros se instalan correctamente, la quijada del perro debe estar en contacto con la punta larga del cable y la "U" en contacto con la punta corta como se muestra en la Figura 16 a. La manera incorrecta de instalarlos se muestra en la misma Figura 16 b. 8. - Apretado de las tuercas durante la instalación Las tuercas del segundo y otros perros adicionales deben apretarse uniformemente alternando unas cuantas vueltas a la tuerca de un lado y luego a la del otro. Se encontrará que aplicando un poco de aceite a las cuerdas del tornillo, pueden apretarse más fácilmente.

4.- Instalación del primer perro El primer perro o grapa deberá colocarse y apretarse aproximadamente a 10 centímetros de la punta corta del cable. La quijada del perro debe descansar sobre la punta larga o cable principal y la "U" sobre la punta corta. Todos los perros deben instalarse en la misma posición (Véase figura 16 a y b)

FORMA CORRECTA DE INSTALAR PERROS EN UN CABLE DE ACERO

Figura 16 a

5.- Posición de la punta corta del cable La punta corta del cable debe descansar perfectamente sobre la punta larga 6.- Número e instalación de los perros subsecuentes El segundo perro debe instalarse lo más cerca posible a la rozadera, las tuercas de este perro no deben apretarse totalmente cuando se instala inicialmente. El número de perros y el espacio que debe exis-

FORMA INCORRECTA DE INSTALAR PERROS EN UN CABLE DE ACERO

Figura 16 b

17



Recuerde que: la perfecta instalación y buen manejo de los cables, no sólo evita que éstos fallen, además les brinda una larga vida de buen servicio.

Las siguientes recomendaciones se ofrecen como guía a los diseñadores y usuarios de cable para la selección adecuada del tamaño de la polea.

De acuerdo a las normas API las eficiencias del sistema de poleas y los factores de la línea rápida se muestran en la tabla 5.

Aplicando la fórmula: S = d x F.

Num. LÍNEAS

Tabla 5

4 5 6 7 8 9

Donde: S =Diámetro en el fondo de la ranura en milímetros. d =Diámetro nominal del cable en milímetros. F =Factor del diámetro de polea, seleccionado de la Tabla 6.

EFICIENCIA POLEA K=1.09 K=1.04 BUJE RODILLOS 0.810 0.908 0.778 0.890 0.748 0.874 0.719 0.857 0.692 0.842 0.666 0.826

FACTOR LÍNEA RÁPIDA K=1.09 K =1.04 0.309 0.257 0.223 0.199 0.181 0.167

0.275 0.225 0.191 0.167 0.148 0.135

Formula para determinar el factor de la línea rápida FLR = 1 / ( NL * EFP ) Diámetro de las poleas Variantes para Diferentes Servicios. Debido a la gran diversidad de equipo que usa cable de acero, este tema deberá considerarse en términos de uso final del cable. La vida del cable de acero usado por Clasificaciónón las diferentes industrias está limidel cable tado por una vasta combinación de condiciones de operación. 6x7 Entre éstas se encuentran: la flexión del cable sobre las poleas, flexión y aplastamiento en el tambor, condiciones de carga, velocidad del cable, abrasión, corrosión, etc. Cuando las condiciones de flexión sobre las poleas predominan en el control de la vida del cable, las poleas deberán ser del mayor tamaño posible, después de considerar condiciones de economía de manejo, diseño, etcétera.

16

6 x 7 Seale 6 x 19 Seale 6 x 21 Filler 6 x 25 Filler 6 x 31 6 x 37 8 x 19 Seale 8 x 19 Warrington 189 x 7 Tabla 6

FACTOR Condición Condición A B 72 72 56 37 51 34 45 30 41 27 38 25 27 18 36 24 31 21 51 36

en cambiar de localización de perforación, cuando se habla de movimiento. La consideración más importante en los preparativos para mover o cuando se mueve, es la seguridad. Por lo tanto, es esencial que la persona encargada de mover el equipo, esté familiarizada completamente con el equipo y con el medio ambiente pronosticado, del área donde se lleva a cabo el movimiento. Debe tener un conocimiento básico de arquitectura naval y saber cómo aplicarla a su unidad. Cada propietario de equipo debe recibir de parte del constructor un libro llamado Libro de operación o Libro de condiciones de operación. La persona encargada de mover el equipo debe leer y entender este libro antes de intentar moverlo. Cada equipo es como un automovil nuevo y, aunque uno sepa manejar, cada automóvil tiene sus peculiaridades; lo mismo se aplica a equipos de perforación marina, aun a los de la misma serie de diseño y construcción. Los movimientos son de dos categorías: a) tránsito en el área b) remolque oceánico: un tránsito en el área generalmente es un movimiento que requiere de 12 horas de viaje a una localización donde la unidad se colocará o a un área de refugio. Un remolque oceánico es aquel diferente al interior y por lo general se trata de movimientos de un área internacional a otra. Riesgos: Los riesgos que pueden esperarse durante un remolque son muy numerosos. A continuación se describirán algunos. Probablemente el riesgo más significativo ocurre cuando el equipo se prepara para entrar o salir de una localización. En el caso de jackup se deben tomar en consideración las condiciones del mar, debido al cambio en las características de flotación que tienen lugar cuando se mueve una pierna hacia arriba o hacia abajo. También debe considerarse el efecto de la pierna golpeando el fondo marino. El libro de operación debe tener una sección relacionada solamente con las condiciones permisibles para entrar o salir de una localización. Para el barco perforador y el semisumergible, las condiciones del mar deben considerarse para el manejo de las anclas y el efecto de

un sistema disparejo de anclaje. El arreglo de anclaje y su procedimiento de instalación, deben incluirse en el libro de operación. También, en el libro de operación, se tomarán los límites de servicio en las posiciones de operación y remolque. No se debe ignorar esta sección porque hacerlo pone en peligro al equipo y al personal. Si para reducir el potencial de riesgo, se necesita desviarse del criterio de diseño, es aconsejable gastar algunos recursos en un análisis de ingeniería. Cuando se está en el mar, uno de los temores más grandes es el de sufrir daños que produzcan inundaciones y, si éstos son grandes, que provoquen la pérdida del equipo. Es fácil decir que con un poco de sentido común se pueden evitar los daños y las inundaciones; pero éstas aún ocurren. El diseñador sabe esto y por eso diseña compartimentos - de tal forma- que la inundación pueda contenerse dentro de una extensión permisible, uno, dos o tres compartimentos por ejemplo, lo cual puede ser incómodo para los que están a bordo. Pero así no se perderá el equipo. En la mayor parte de los equipos de perforación marina en servicio, excluyendo barcos perforadores y autopropulsados, la probabilidad de daño debido a una colisión es remota y si ésta tiene lugar, será un impacto a muy baja velocidad, como para causar una entrada pequeña de agua. El efecto del centro de gravedad vertical sobre una unidad dañada es considerable. Si llegara a ocurrir un daño, se deben seguir los pasos necesarios para bajar el centro de gravedad vertical. Esto puede hacerse fácilmente en un jack-up bajando las piernas. En otras unidades aumentando lastre, se mejora la estabilidad. Sin embargo, esto es una condición que ocurre súbitamente y no siempre es posible efectuar un cálculo de estabilidad dañada cuando el agua está entrando. A veces, los problemas ocurren sin que haya daños, por las siguientes razones: Una turbonada súbita, un cambio en la altura de las olas y velocidad del viento, o un viento fuerte inesperado e imprevisto. Aun el más grande y fuerte de los equipos puede actuar como un corcho en el océano en tales ocasiones. Afortunadamente, ahora se cuenta con mejores pronósticos meteorológicos

37



y el encargado del movimiento del equipo puede prepararse para el cambio de condiciones. Se disponen varias formas de acción: un jack-up puede bajar sus piernas, un semisumergible puede ser lastrado y un barco perforador puede alterar su curso para evitarlo, o cuando menos reducir el efecto de estos problemas. Una vez más cada unidad tiene sus propias peculiaridades y las consultas con el diseñador, combinadas con la experiencia de la persona a cargo del movimiento, pueden evitar serios problemas.

Plataforma convencional de acero o tipo Jacket Cuentan con dos cubiertas lo suficiente amplias para alojar, en su cubierta superior, la totalidad de la paquetería de perforación y su torre.Tienen grúas para maniobras de descarga, un módulo habitacional, un helipuerto y una zona para almacenaje de insumos en cantidad suficiente para mantener por varios días las operaciones de perforación. En caso de que se interrumpiese el abastecimiento regular por mal tiempo u otra causa a; y en su cubierta inferior están la instalación de equipo de producción, así como los tableros para control de pozos y lanzadores o recibidores de diablos.

Las bobinas se deben desenrollar rodándolas sobre el suelo en línea recta, alejándose de la persona que sujeta el extremo libre del cable. Una bobina también puede colocarse sobre el plato giratorio o tornamesa, como en el caso de los carretes.

El mal diseño y la falta de experiencia son los factores que encabezan la lista de las causas de los accidentes durante el remolque.

Las 2 cubiertas se localizan a 16 y 21 m sobre el nivel medio del mar y están soportadas por 8 columnas. Estas plataformas tienen capacidad para perforar hasta 12 pozos, aunque no siempre operan todos.

· Servicio de levantamiento 3.0 · Servicio de tubería atrapada 2.0

¿Qué seguridad de operación se tendrá al utilizar un equipo que funciona con un cable 1 1/8" IWRC 6 x 19, y una carga de 100 toneladas?

o corriendo T.R. (tubería de revestimiento)

Datos: EFP= 0.842 y NL=8

Las plataformas fijas de perforación están diseñadas con dimensiones adecuadas para instalar equipos fijos convencionales para la perforación y terminación de pozos, así como para efectuar intervenciones con equipos de mantenimiento de pozos. (Ver figura 36). Dentro de estos equipos se encuentran las estructuras sujetas por ocho patas (octápodos) con pilotes de 48 pg de diámetro y espesores de 2 a 2.5 pg acero ASTM-A-36 y ASTM-A-537 y una penetración aproximada en el lecho marino de 100 m dependiendo de la configuración del terreno. Por su construcción, están preparadas para recibir doce conductores de 30 pg de diámetro; aunque no en todos los casos sean perforados en su totalidad.

Nota: Si el cable se usa por debajo de un factor de diseño se dañará permanentemente.

DIÁMETRO DEL CABLE = 1 1/8" - RC = 57,372 kg.

Equipos fijos de perforación El desarrollo marino de la perforación se puede realizar a través de plataformas fijas. Están diseñadas de tal manera que se puedan instalar equipos de perforación, terminación y reparación de pozos. La penetración del subsuelo se lleva a cabo en un tirante de hasta 100 m, dependiendo de la configuración del mismo. Estos equipos pueden perforar en promedio 12 pozos. Algunas plataformas son autosuficientes y albergan todos sus componentes tales como equipo y áreas de personal. Otras requieren utilizar un barco de apoyo. Estos sistemas se caracterizan por encontrarse asentados sobre el suelo marino. Consisten en estructuras metálicas y/o de concreto, que se extienden desde el lecho marino hasta la superficie. Estas estructuras son estables con relación al fondo marino. En los últimos años, las plataformas fijas han representado la solución estructural más común para conjuntos de producción y perforación. Sin embargo, la experiencia en trabajos de perforación en profundidades marinas de más de 300 m, indica que las plataformas semifijas o flotantes pueden ser una mejor alternativa. Los principales sistemas fijos hasta ahora desarrollados en el ámbito mundial son los siguientes: Plataforma de concreto por gravedad

38

Para su identificación, se tiene experiencia que el norte de la plataforma corresponde al área de conductores y al sur, al de la habitacional. Están formadas por una subestructura, una superestructura y un módulo, que según el caso, será de perforación, de producción o habitacional. Las partes se fabrican separadamente en tierra y más tarde, se trasladan y colocan en su ubicación definitiva (Ver figura 37) La superestructura tiene dos pisos: 1.- De producción: este piso se encuentra a un nivel de 15.9 m (52 pies) del nivel del mar. Contiene las conexiones superficiales de explotación tales como árboles de válvulas, bajantes, líneas de recolección, equipos de medición de producción, tableros de control etcétera.

El factor de diseño debe ser aplicado para compensar el desgaste y las cargas súbitas dependiendo de la clase de trabajo. La norma API - RP9B establece un factor de diseño mínimo para:

Formula para la eficiencia de la polea = EFP= KNL-1/(KNP*NL(K-1))

Donde : FD = Factor de diseño RC = Resistencia a la ruptura (Kg) NL = Número de línea hacia arriba de la polea viajera Wg = Peso de la carga suspendida (Kg) EFP = Eficiencia del sistema de poleas La capacidad de uso de un malacate quedará limitada por la aplicación segura del cable. Ejemplo:

FÓRMULA FD = (RC x NL x EFP) / Wg

Donde:

SUSTITUYENDO

EFP= Eficiencia del sistema de poleas (decimales) K = Factor de poleas NL = Número de líneas hacia arriba NP = Número de poleas

FD = (57372 x 8 x 0.842) / 100,000 = 3.9

El factor de diseño se determina por la siguiente ecuación: F.D. = (RC x NL x EFP) / Wg

El resultado (FD = 3.9) indica que el equipo está siendo operado con un margen de seguridad mayor a la que indica la norma API. Importante: en caso de que el FD fuera menor que 2, se tendrá que cambiar el cable por otro de mayor diámetro, o aumentar el número de líneas.

MALACATE

CABLE (EIPS-IWRC)

HP

DIÁMETRO

750 1000 1500 2000 2000 3000 3000 3000

(pulg)

1 1/8” 1 ¼” 1 3/8” 1 3/8” 1 ½” 1 ½” 1 5/8” 1 ¾”

CARGA MÁXIMA POR 1000 EN LIBRAS AL GANCHO CON 8 LÍNEAS 2.0 FACTOR

3.0 FACTOR

439 540 650 650 770 770 892 1034

293 360 433 433 514 514 595 689

Tabla 4

15



2.- De trabajo: se encuentra a una altura de 20.7 m (68 pies) del nivel mar. En él se localizan los rieles de deslizamiento de la torre de perforación que parten paralelamente de norte a sur. Es importante señalar que estos rieles también se utilizan como apoyo a la subestructura que ocasionalmente se usa para intervenciones con equipo Snubbing. En este piso, se instalan la

zos se tiene un control del sistema de cierre de emergencia general. También se encuentran instaladas dos líneas hidráulicas de alta presión,

MODULO SUPERESTRUCTURA

SUBESTRUCTURA

Figura 37. Componentes de una plataforma fija.

ESPECIFICACIONES DEL CABLE TIPO HALCÓN 6 x 19 (ALMA DE FIBRA) RESISTENCIA A LA RUPTURA (ton) DIÁMETRO (pulg) ACERO EXTRAMEJORADO 6x19 EFECTIVA 0.75 23.8

Tabla 3

14

0.875

32.1

1.00

41.7

1.125

52.4

1.25

64.5

1.375

77.6

1.5

91.6

1.625

107

1.75

124

1.875

142

2

160

interconectadas al sistema que opera el preventor de arietes ciegos de corte y una línea para inyección de fluidos al espacio anular del pozo que se intervenga. Capacidad de carga y dimensiones

Figura 36. Plataforma fija de perforación.

mayor parte de las unidades de apoyo del equipo de perforación y mantenimiento de pozos, además de la unidad habitacional que se instala en el lado sur. También hay un área de embarcadero Es un tendido de pasillos protegidos por barandales tubulares a una altura de 3.7 m (12 pies) del nivel del mar. Comunica a los muelles ubicados en los lados este y oeste de la plataforma a una altura de 1.98 m (6 pies, 6 pg) del nivel del mar. En el área de muelles, se encuentran instaladas las conexiones para el agua y el combustible. Éstos se suministran a través de barcos abastecedores con mangueras flexibles. Para todos los po-

La capacidad de carga de las plataformas varía de 2,500 a 4,000 toneladas. En la siguientes figura y tabla se enlistan la capacidad de carga como las dimensiones para diferentes plataformas de perforación y los nombres de cada una. (Ver figura 38 y 39.)

Plataformas fijas protectoras Las plataformas fijas protectoras son estructuras metálicas permanentes, construidas con dimensiones proporcionales. Para operar equipos con base deslizante (cantiliver) se preparan con tres o cuatro conductores de 30 pg de diámetro. Se instalan al primer pozo perforado con equipo autoelevable, después de que haya concluido su etapa de perforación y el objetivo programado. Este tipo de plataformas, según su numero de patas, se clasifican en:

39



· Trípodes (tres patas) Son plataformas con estructuras y superestructuras de forma triangular sujetas por tres patas sobre pilotes de 36 pg de diámetro con espesores de 1.5 a 2 pg y tipo de acero ASTM- A-36 y ASTM-A-537. La penetración en el lecho marino de estos pilotes y conductores depende de la configuración del subsuelo que varía de 80 a 100 m. Generalmente, dentro de estas instalaciones se cuenta con preparación para tres pozos con conductores de 30 pg de diámetro (Ver figura 40). Debido a sus cortas dimensiones y capacidades de carga, no se pueden efectuar trabajos de mantenimiento de pozos con los equipos snubbing que actualmente operan en el área. Se fabrican e instalan con el objeto de proteger conductores, líneas de recolección y recepción a batería de los fluidos aportados por la formación. Este tipo de plataformas cuenta solamente con un nivel de trabajo donde se localizan el área de conductores y el helipuerto. En la parte inferior se localiza un muelle para embarcaciones. (Ver figura 41.) Para ubicar el número de conductores, se toma como referencia que el norte de la plataforma sea el costado de conductores, y el sur el área del helipuerto. Progresivamente se numeran de izquierda a derecha. · Tetrápodos (cuatro patas) Estas plataformas son fabricadas e instaladas con el mismo objetivo que las anteriores. Se diferencian en que están soportadas por cuatros patas con pilotes de 48 pg de diámetro y espesores de 1.25 pg de diámetro y espesores de 1.25 y 2.25 pg de acero tipo ASTM -A-36 y ASTM - A-537. Tienen preparación para un máximo de seis conductores de 30 pg de diámetro. (Ver figura 42.) Por sus dimensiones en este tipo de plataformas no se pueden efectuar intervenciones de mantenimiento de pozos con equipo snubbing. Para la identificación del número correspondiente a cada conductor, se tienen como referencia que el norte de la plataforma corresponde al costado de conductores y el sur, al helipuerto. Ubicado frente a los conductores de espalda al helipuerto se numeran progresivamente como se muestra en la figura 43.

40

A

C

B

F

E

D

DIMENSIONES DE PLATAFORMAS FIJAS DE PERFORACIÓN OCTÁPODOS A

B

C

D

E

F

(ton)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

2,500

35.35

21.67

2.44

2.30

13.14

14.30

3,500

44.50

21.64

2.44

2.30

13.14

14.30

4,000

44.50

21.64

2.44

2.30

13.14

14.30

Capacidad de

carga

TONELADAS

2,500

PLATAFORMAS AKAL- C,D,E,F,G,I,J NOHOCH- A,B ABKATUN- A AKAL-O

3,500

ABKATUN- C ,E AKAL-H,M,N,P,R,S ABKATUN- D ,F,,G,H,I,J,N,Q,S IXTOC- A

4,000

KU- A,F,H,M CHUC- A,B

Figura 13

POL- A,D

Figura 39. Capacidad de carga de plataformas fijas de perforación Octápodos.

13



En el diseño Seale el número de alambres internos de cada madeja es el mismo que el número de alambres externos. El material puede ser de alambre de alta resistencia conocido como ACERO MEJORADO o un acero de alta resistencia conocido como ACERO EXTRAMEJORADO (IWRC). La resistencia del cable (nuevo) es aproximadamente proporcional entre el cuadrado del diámetro nominal del cable. Para el cable de alambre extramejorado (IWRC), la resistencia al rompimiento nominal puede ser aproximadamente igual al multiplicar el cuadrado del diámetro del cable por 100,000 lb. Ejemplo: Diámetro del IWRC = 1 1/8 pulg = 1.125" Resistencia al rompimiento nominal D 2 = (1.125) 2 = 1.265625 Resistencia = 1.265625 x 100,000 lb = 126,562.5 lb / 2.2046 (Factor para convertir lb a kg ) = 57408.3 kg.

Cómo medir el diámetro del cable

paración de pozos costafuera. A continuación se describe las características principales de un equipo aligerado Nombre: COGNAC

El diámetro que se debe medir en un cable de acero, es el del círculo que circunscribe a los alambres más alejados del centro. De las medidas que se pueden tomar con un calibrador es la mayor. Si consideramos un eje transversal de la sección a medir que pase por el centro del cable y simultáneamente por los centros de dos torones opuestos, la distancia entre las tangentes nos da el diámetro correcto del cable.

Tipo de equipo: Super Sundowner 1,000 HP Nominal.

Siempre existe el peligro de que se forme una coca en un cable, si éste se desenrolla en forma incorrecta. Un carrete debe ser montado sobre gatos o sobre una tornamesa, de forma que gire mientras se remueve el cable, se debe aplicar suficiente tensión al cable mediante una tabla que actúe como freno sobre el borde del carrete; de esta forma se impide que se afloje el cable en el carrete (figura 14)

Figura 40. Plataforma trípode.

A continuación se muestran las dimensiones y pesos de un equipo de perforación de 7 paquetes (figura 44). Traslado y armado de las plataformas fijas

Los cables tipo cóndor (utilizados en perforación) son cables torcidos hacia la izquierda de 6 torones de 19 alambres cada uno sobre un alma de acero. Los cables tipo halcón son cables torcidos hacia la izquierda de 6 torones de 19 alambres cada uno sobre un alma de fibra.

Figura 42. Tetrápodo con una plataforma autoelevable.

Capacidad al gancho: 400 Kips (400,000 lbs). ESPECIFICCIONES DEL CABLE TIPO CONDOR 6X19 (ALMA DE ACERO) DIÁMETRO (pulg)

RESISTENCIA A LA ROPTURACION ACERO EXTRAMEJORADO 6X19 EFECTIVA

0.75 0.875 1.00 1.125 1.25 1.375 1.5 1.625 1.75 1.875 2

26.7 36.1 46.9 59 72.5 87.1 103 120 139 158 180

Distribución del equipo. 1

3

UBICACIÓN DE CONDUCTORES EN PLATAFORMA TRÍPODE

Tren malacate-mástil-superestructura en 3 niveles: N

Figura 41. Ubicación de conductores de un trípode.

En las siguientes ilustraciones se muestra el transporte y la instalación de las plataformas fijas (figuras 45 y 46). Para la distribución de este equipo es necesario una cubierta principal de 46.02 m de largo por 22.86 m de ancho y capacidad de carga de 4,000 toneladas.

Tabla 2

Estructuras aligeradas Son equipos de menor capacidad que los convencionales y su aplicación es para la perforación y reFigura 14

12

2

El primer nivel a 68 pies del nivel del mar, consta de dos tanques de pirámide con patines sobre las viguetas principales de la plataforma, cuando se requiere deslizar con auxilio de gatos hidráulicos, entre conductores de norte a sur o viceversa. En este nivel , se cuenta con 3 bombas de lodo, Preventor de 13 5/8" 5M: Esférico, doble y de corte Camerón "U". En el segundo nivel se tiene 3 presas de lodo con capacidad de 95 m3 (600 bls) con vibradores eléctricos, embudo, consola, línea de succión, desgasificador y vibradores de alto impacto, eliminador de sólidos y separador gas-lodo, eliminador de arcillas.

41



Factores de diseño del cable(1)

UBICACIÓN DE CONDUCTORES EN PLATAFORMA TETRAPODOS

N

1

2

3

4

5

6

El cable es un elemento de transmisión entre: el sistema de potencia y el trabajo de levantamiento del aparejo. Este cable se enrolla y desenrolla sobre el carrete del malacate para operar el sistema de poleas. En esta operación el cable se somete a condiciones muy severas, más que cualquier elemento del sistema de potencia.

Figura 45. Transporte de una plataforma fija.

El cable es doblado y desdoblado cuando corre sobre las poleas y se enrolla y desenrolla en el carrete sometiéndose a: rozamiento, escoriado, vibrado, torcido, compresión y estirado. Estos factores se dan en su ambiente abrasivo y de pobre lubricación. Por ello, se le debe de aplicar un FACTOR DE SEGURIDAD DE DISEÑO.

H

Figura 43 Ubicación de Conductores de un Tetrápodo.

PAQUETE

PESO

DIMENSIONES

(Ton.)

(m)

Habitacional

590

19.50X18.5X6.92

Presas

69

3.20X18.0X6.71

Líquidos

65

3.20X18.29X5.49

Maquinas

480

10.36X21.33X6.71

Almacenamiento

374

7.32X21.33X6.71

Bombas

330

7.93X21.33X6.71

Perforación

540

13.72X17.68X11.16

Figura 44

El tercer nivel cuenta con el equipo de perforación, malacate con unidad de potencia eléctrica, mástil telescópico de 3 etapas con Top Drive instalado, manifold de estrangulación y bomba koomey. El equipo auxiliar es un paquete de máquinas. Se divide en cuatro secciones. Las partes del paque-

42

Figura 46. Armado de una plataforma fija.

te son el patio de tuberías con 3 generadores Stewar Stevenson de 1875 kva, Marathon y cuarto de control; grúa de 80 ton, la cual se instala con apoyo de la grúa del complejo de producción, 4 contenedores con conexiones rápidas y mangueras (Ver figura 47.) Para efectuar los cambios de localizaciones de estos equipos entre plataformas, no se requiere el apoyo del barco grúa. Las unidades que componen el equipo se bajan a un barco abastecedor con el apoyo de la grúa del mismo equipo. (Ver figura 48 y 49). El tiempo de armado de la subestructura y mástil M400 HUAT con capacidad de 400,000 lbs es de 1 día y el del Top Drive de 750 HP es de 3 horas aproximadamente. El riel guía es telescópico. Glosario: Calado: Profundidad del casco sumergido. LCB: Centro de flotación longitudinal. VCB: Centro de flotación vertical.

Grafica 2

Calcular la capacidad de un malacate que levantará una carga (Wg) de 200,000 lb a una velocidad de extracción (Vg) de 90 pies/min. si su eficiencia de transmisión (E) es del 80% HP teórica = Wg x Vg/(33,000) HP teórica = (200,000 x 90)/ 33,000 = 545.45

La resistencia de un cable depende de su: construcción, resistencia del material y diámetro. El cable que normalmente se usa tiene una construcción clasificada como 6 X 19 Seale con centro de cable independiente. El número 6, se refiere al número de madejas que rodean el núcleo de cable de acero independiente. El número 19, indica que cada madeja tiene 19 alambres: un alambre central rodeado por nueve alambres delgados y éstos a su vez por nueve alambres más gruesos.

Como se tiene una eficiencia de 80% la potencia requerida será : HP requerida = 546/ 0.80 = 682.5 La capacidad del malacate es 683 HP Nota: Para una potencia determinada, la carga levantada es inversamente proporcional a la velocidad de levantamiento. V1 / V2 = W2 / W1

Figura 12

Esto significa que: A velocidad menor - mayor carga A velocidad mayor - menor carga (1) Boletín API RP PB Prácticas recomendadas en la aplicación, cuidado y uso del cable de acero para servicio petrolero 1957 (traducción al español y al sistema métrico decimal por Cables Mexicanos, S.A. con autorización del American Petroleum Institute).

11



Potencia de entrada Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo y causa un desplazamiento se dice que la fuerza realiza un trabajo. T = F x d. Las unidades usadas para medir el trabajo mecánico cuando la fuerza de una libra actúa a través de una distancia de un pie será: Lb - pie La velocidad con que se realiza el trabajo representa la potencia.

La potencia nominal de los malacates se establece para velocidades al gancho con 8 líneas en la polea viajera: Vg = 90 a 120 pie/min. Originado por los cambios tecnológicos en la perforación, cada vez es menor el número de viajes requeridos para perforar un pozo. Por lo tanto, la importancia de la velocidad económica del gancho ha disminuido; en consecuencia, podemos aceptar operar con velocidades menores en periodos cortos. En la gráfica 1 se observa como varía el caballaje requerido en función de la velocidad de extracción.

POT = (F x d)/t

DESPLAZAMIENTO: Peso KM L: Altura metacéntrica longitudinal arriba de la quilla. K: Quilla. KG: Distancia vertical de la quilla al centro de flo tación. M: Metacentro KM T: Altura metacéntrica transversal arriba de la quilla. MH1": Momento para inclinar una pulgada. MT1": Momento para bajar o subir una pulgada. TP1": Toneladas por pulgada de inmersión. GZ: Brazo de palanca de inclinación. G: Localización del centro de gravedad.

Figura 48. Transporte de equipos aligerados.

Momento de recuperación: Desplazamiento multiplicado por GZ.

Un caballo de fuerza (HP) es una unidad de potencia. Se dice que se desarrolla un HP cuando se efectúa un trabajo de 33,000 lbpie en un minuto ( o sea 550 lbpie en 1 segundo) HP = (F x d)/(t x 33000) La potencia que se utiliza en el gancho de la polea se representa: Pot. al gancho = Wg x Vg/33000

Figura 49. Plataformas de perforación y reparación Akal-P.

Wg = Peso total levantado en el gancho ( lb ) Vg = Velocidad de la tubería en el gancho ( pie/min) 33000 = Factor= 550 lbs-pie/seg x 60 seg. Pérdidas de potencia en el malacate. Se pierde por fricción en: transmisión + en cadenas de rodillo + en los rodamientos. Sistemas de poleas + Rozamiento con el cable. Pot. a manejar = pot. al gancho/eficiencia La eficiencia a manejar se puede establecer de E= 75 a 80%

10

K: Constante, definida por la agencia reguladora. Equipos fijos de perforación.

Gráfica 1


En la gráfica 2 se observa que al aumentar el peso, aumenta el tiempo de izaje (disminuye la velocidad) Ejemplo 1: Calcular la potencia en HP de un malacate que levantará un peso de 200,000 lb a una altura de 90 pies en un tiempo de 1 min. , sin considerar pérdidas. HP = F x d/(t x 33000) HP = (200,000 x 90)/(1 x 33,000) = (18,000,000/33,000) = 545.45 Ejemplo 2:

Figura 47. Super Sundowner Akal-L.

Momento de inclinación: Momento de volteo producido por el viento. Ángulo de inundación: Ángulo de inclinación al cual el agua entrará al casco a través de una abertura. Segunda intersección: Segundo cruce de las curvas de momentos de recuperación e inclinación.

1.-¿Cuál es la clasificación de los equipos marinos? Plataformas fijas: Octápodos Tetrápodos Trípodes Estructuras aligeradas Plataformas autoelevables: Piernas independientes Mat Flotantes: Barco perforador Semisumergible TLP

43


2.-¿Para qué es usada y cuál es la capacidad de movimiento de una plataforma autoelevable? Es una plataforma especial usada para perforación y reparación de pozos. Tiene la capacidad de moverse, de un lugar a otro - por autopropulsión o remolcadores. 3.-En una plataforma semisumergible ¿cuáles son sus principales miembros y cuál es la función de los mismos? Son los cascos inferiores longitudinales (pontones). Se encuentran sumergidos. Esto permite incrementar el periodo fundamental en sustentación de la estructura, evitando la resonancia con el oleaje. También reduce los cambios laterales generados por dicho oleaje. 4.-¿Cuál es la característica principal y la desventaja de los barcos perforadores? Son los más móviles de todas las unidades de perforación marina. También son los menos productivos. La configuración que les permite alta movilidad, les resta eficiencia al perforar debido a su superficie de contacto con el mar. Desarrollan respuestas muy grandes de movimiento vertical. 5.-¿Cuál es la diferencia de una plataforma con piernas tensionadas (TLP) a una semisumergible? La plataforma TLP se encuentra anclada al fondo por medio de elementos verticales y de una estructura fabricada de acero estructural y cimentada mediante pilotes. También se usa para perforar, recuperar y producir pozos, casi en forma simultánea. 6.-¿Cuál es la característica de los equipos fijos de perforación? La característica es que se encuentran asentados sobre el suelo marino, y consisten de estructuras metálicas y/o concreto, que se extienden desde el lecho marino hasta la superficie. 7.-¿Cuáles son los componentes de una plataforma fija? Subestructura Módulo Superestructura

44


Malacate: Es la unidad de potencia más importante de un equipo. Por lo tanto, su selección requiere de una mayor cuidado al adquirir los equipos o, en su caso, al utilizarlos en un programa específico.

8.-¿Qué es una estructura aligerada? Es un equipo de perforación de menor capacidad que los convencionales y su aplicación es para la perforación y reparación de pozos costafuera.

Los malacates han tenido algunos cambios evolutivos, pero sus funciones son las mismas. Es un sistema de levantamiento en el que se puede aumentar o disminuir la capacidad de carga, a través de un cable enrollado sobre un carrete.

Bibliografía 1. Informe final del proyecto CDC-0406 Asimilación de la tecnología de perforación, terminación y reparación de pozos en aguas profundas, Instituto Mexicano del Petróleo,1999. 2. Manual Offshore Operations, Ron Baker en colaboración con International Association of Drilling Contractors Houston, Texas y Petroleum Industry Training Service Canada, 1985. 3. Revista Técnica World Oil octubre de 1999, Vol. 220 No.10.

Figura 9

w w w w w w 6 w 4 4 4 4 4 4 4 3 w 1.5w 2


4. Revista Técnica HART´S E&P de enero del 2000. 5. Revista Técnica HART´S E&P Supplement de 1999.

Poleas

Viajeras

El malacate está instalado en una estructura de acero rígida. Esto permite que pueda transportarse con facilidad de una localización a otra. (Ver figura 11).

6. Revista Técnica Advances FMC, de 1997. 7. Revista Técnica PEMEX Catálogo general de servicios del 2000. 8. Información Técnica recopilada de la SS Mata Redonda, 1999.

Figura 11 Malacate.

Figura 10

w w w w w w 6w 1.2 w 5 5 5 5 5 5 5 Conclusiones :

Considerando que todos los componentes de un equipo son adecuados, la capacidad del equipo se limita a la carga que el malacate pueda levantar y sostener con seguridad.

1. La carga real ejercida sobre el mástil es mayor que la carga por levantar.

Con el propósito de obtener un diseño balanceado del equipo que beneficie en un menor costo y una vida útil mayor de éste, se deberán analizar con cuidado los siguientes factores:

2. A medida que aumenta el número de poleas, disminuye la carga real sobre el mástil.

Factores importantes en el funcionamiento de un equipo:

3. Fijar la línea muerta sobre la polea viajera reduce la carga en el mástil. 4. El uso de poleas disminuye la fuerza necesaria entre las líneas para mover una carga dada.

Potencia de entrada Factores de diseño del cable Frenos de fricción del malacate Dimensiones del carrete Relación de velocidad Embrague de fricción Freno auxiliar (Hidromático)

9



Poleas en la corona


Mástil

Trabajo = 34,050 kg x 1.2 m = 40,860 kg-m Potencia = Trabajo / tiempo Potencia = (40,860 kg-m) / 1 seg.= 40860 kg-m/seg. HP = ( kg-m/seg. ) / 75 HP = ( 40860 ) / 75 = 544.8 HP requeridos = 544.8 Combinaciones de aparejos

Poleas

Viajeras

El número de poleas y el arreglo del cable a través de ellos son importantes. Un fenómeno del sistema de aparejo de poleas es que la carga real en la estructura es mayor que el peso real levantado. Análisis de esfuerzos en el mástil debido a la combinación de aparejos. Con una polea (figura 8)

Figura 7

mismo trabajo. Es decir, levantar la tubería a 0.3 m en un segundo y conocer los caballos de fuerza (HP) necesarios para levantar dicho peso aplicando la misma fórmula. HP = Fuerza x distancia / (75 x tiempo) La distancia que recorre el cable en el malacate para levantar a 0.3 m la carga en este sistema (4 líneas) será: Distancia recorrida en el malacate = número de líneas x distancia recorrida por la carga. Distancia recorrida en el malacate = 4 x 0.3 = 1,2 m. Fuerza del malacate = Peso de la carga / núm. de línea del cable aplicando Fuerza del malacate =136,200 kg/4 líneas=34,050 kg. Trabajo del malacate =Fuerza x distancia

Figura 8

Con aparejo de 3 poleas en la corona y 2 viajeras y ancla en la pierna del mástil (figura 9) Con el mismo número de poleas, pero con el ancla en la polea viajera (figura 10). Figura 50. Equipo de perforación con 7 paquetes.

8

45



ANEXO

En una instalación diesel eléctrica, los motores suministran energía a grandes generadores que a su vez producen electricidad que se transmite por cables hasta un dispositivo de distribución y de éste a los motores eléctricos que van conectados directamente al equipo: el malacate, las bombas de lodo y la mesa rotaria.

TABLA A.1 EQUIPOS AUTOELEVABLES NOMBRE CARGA AL DEL GANCHO EQUIPO (LB) PERFURACAO Ltda/D,inc. ANDRADEVI 1,000,000 ATWOOD OCEANIC VICKSBURG BROBEKK A/S NEWBUILDING 1,500,000 BROEVIG MONTREAL IV BUREAU OF MARINE KAN TAN 2 1,392,000 RIGMAR 300 Ltd RIGMAR 301 1,400,000 CHILES OFFSHORE GULFSTAR 1,000,000 CORP. YUCATAN 1,300,000 CINTRA INC. SHELF DRILLER 1,392,000 DIAMOND M DIAMOND M 99 1,330,000 DUAL DRILLING Co. 38 1,360,000 41 1,000,000 GALAXY OFFSHORE LOSSBROCK G. 1,000,000 GERUDI SATU SDN BHD PARAMESWARA 1,044,000 G. ADRIATIC 1,300,000 GLOBAL MARINE GLOMAR BALTIC. 1,300,000 DRILLING Co. G. LABRADOR 1 1,300,000 G.MORAY FIRTH 1,300,000 G. MAIN PASS I 1,300,000 GRACE OFFSHORE Co. VANGUARD II 1,000,000 GREAT ATWOOD Ltd. KEDARNATH HITECH DRILLING HITDRILL I 1,392,000 SERVICES INDIA Ltd INA NAFTAPLIN LABIN 1,000,000 PANON 500,000 JFP ENERGY, INC. JFP ELEVEN 1,400,000 LOEWS SAN ANTONIO CLIFFS' MARLIN 6 1,000,000 HOTEL Corp. C. MARLIN 17 1,000,000 M. ENDEAVOUR 1,000,000 MEARSK DRILLING M. ENDURER 1,000,000 M. VALIANT 1,000,000 COMPAÑÍA

DIMENSIONES

TIRANTE ALCANCE PESO DEL POTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (PIES) (KLB) (HP) 231 X 200 X 26 350 25,000 3,750 248 X 200 X 26 300 25,000 1,800 t 2,000 243 X 200 X 26 300 25,000 3,250 3,000 300 25,000 3,500 213 X 212 X 27 300 20,000 213 X 212 X 27 300 25,000 7,000 208 X 178 X 23 300 30,000 3,000 180 X 175 X 25 300 25,000 4,200 3,000 216 X 216 X 216 300 25,000 208 X 178 X 23 300 30,000 1,500 t 180 X 175 X 25 300 25,000 4,200 180 X 175 X 25 300 25,000 5,400 180 X 175 X 25 300 25,000 4,750 212 X 210 X 26 300 25,000 4,950 270 X 268 X 28 375 25,000 3,440 st 270 X 268 X 28 375 25,000 3,440 st 265 X 303 X 24 300 25,000 2,450 st 280 X 321 X 26 325 25,000 3,130 st 180 X 175 X 25 300 25,000 1,785 st 180 X 175 300 25,000 5,400 248 X 200 X 26 300 20,000 1,800 t 2,000 212 X 210 X 26 300 21,000 2,475 t 200 X 186 X 23 208 X 172 X 22 236 X 236 X 30 208 X 178 X 122 157 X 132 X 18 226 X 259 X 27 203 X 168 X 22 219 X 190 X 25

300 300 350 300 200 300 250 300

20,000 20,000 25,000 30,000 20,000 25,000 25,000 25,000

4,000 t 3,798 2,700 t 3,013 1,800 mt

2,000

Una de las ventajas principales del sistema diesel eléctrico sobre el sistema mecánico - es la eliminación de la transmisión de la central de distribución y la transmisión de cadenas, así como la necesidad de alinear la central de distribución con los motores y el malacate. Los motores se colocan lejos del piso de instalación, reduciendo así el ruido de los motores. Sistema de elevación El factor más importante para el diseño es la SARTA DE TRABAJO. Diseño del sistema de elevación El punto de partida en el diseño de un equipo de elevación debe ser el sistema de aparejo de poleas. La potencia en caballos de fuerza (HP) requeridas para levantar las sartas de trabajo se calcula con la siguiente fórmula: HP= Fuerza (F) x Velocidad (v) Si F en Kg y v m/seg y 1HP = 75Kg m/seg=4500Kg m/min o Kg. X m /min. HP= Kg X m/seg. 75 4500 Nota: La fórmula no incluye pérdidas por fricción; cuando éstas se toman en cuenta queda claro que las necesidades de potencia serán mucho mayores. Sistema de aparejo de poleas Para reducir la fuerza requerida y sacar la tubería se utiliza el dispositivo mecánico: llamado sistema de aparejo de poleas (figura 6).

46

Figura 6

TRABAJO = 136,200 X 0.3 = 40,860 kg-m Si la carga se levanta en un segundo, se tendrá una potencia que se expresa con la fórmula siguiente: POTENCIA = TRABAJO / TIEMPO TRABAJO = 40860 kg-m POTENCIA = 40860 kg-m/s En el cálculo de los caballos de fuerza (HP) que son necesarios para efectuar el trabajo anterior se desarrolla lo siguiente. La unidad normal de potencia es el caballo de fuerza (HP) y se expresa en el sistema métrico como : 1 caballo fuerza (HP) = 75 kg-m /seg HP = (kg-m / seg ) / 75 HP = (40860) / 75 = 544.8 HP Requeridos = 544.8

Ejemplo: de un aparejo de una polea

En este ejemplo (figura 6), la distancia del recorrido del cable en el malacate es la misma que recorre la carga, dado que el enrollado del cable es directo.

El peso (W) de la tubería que está dentro de un pozo es de 136,200 Kg y se eleva a 0.3 m. Por lo tanto se realiza un trabajo que se expresa: TRABAJO = FUERZA X DISTANCIA

En la figura 7 el sistema de elevación es diferente. El cable se encuentra enrollado alrededor de 3 poleas en la corona y 2 en la polea viajera (anclado a la pierna del mástil). Sin embargo, se requiere hacer el

7



2.- Los equipos de perforación con sistema c.d./c.d. usan generadores y motores de corriente directa que tiene una eficiencia aproximada de un 95%. La eficiencia real en conjunto con la maquinaria de perforación es de 87.5% debido a pérdidas adicionales en los requisitos de fuerza de los generadores por inducción en el campo, soplador de enfriamiento, temperatura en conmutador, escobillas y longitud del cable alimentador. En este sistema, la energía disponible se encuentra limitada por la razón de que sólo un generador c.d. se puede enlazar eléctricamente a un motor c.d. dando por resultado 1600 H.P. disponibles para impulsar el malacate (figura 4).

corriente (alterna a directa) scr´s (silicon controlled rectifier). Obtienen una eficiencia de un 98%; cuya energía disponible se concentra en una barra común (PCR) y puede canalizarse parcial o totalmente a la maquinaria de perforación (rotaria, malacate y bombas) que se requiera. La ventaja de este sistema es tal que, en un momento dado y de acuerdo a las necesidades, toda la potencia concentrada en las barras podría dirigirse o impulsar al malacate principal teniendo disponible una potencia de 2000 H.P. (Figura 5).

DIESEL ELECT. CA/CD

DIESEL ELECT. CD/CD

CD

CD

M

M

CA

CA

M3

M2

M1

M1

CA

CA

GREAT BRITAIN NORTH KOREAN GOVERNMENT ODECO INC.

CA

P.C.R.

CD

T S. AUX.

C.C.M.

CA CD

S. AUX CD

B 1

CD B 1

B 2

M = Motores CD = Corriente directa CA = Corriente alterna CCM = Cuarto de tablero de control B = Bombas

MALACATE 2100 HP

CD

EFICIENCIA = 85 % Figura 4

3.- Los equipos de perforación con sistema c.a./c.d. (corriente alterna/ corriente directa) están compuestos por generadores de c.a. y por rectificadores de

6

CD

CD

Figura 5

B 2

COMPAÑÍA MAHINDRA AND MAHINDRA

M3

M2

TABLA A.1 (CONT.) EQUIPOS AUTOELEVABLES

PCR =Panel Control Room (cuarto de control de motores) M = Motores CA = Corriente alterna CD = Corriente directa B = Bombas T = Transformador

MALACATE 2100 HP EFICIENCIA = 98 %

NOMBRE DEL EQUIPO ILE d'AMSTERDAM MARINE 7 MORECAMBE FLAME EDNASTAR

OCEAN KING OCEAN TITAN ODEBRECHT NORB II PERFURACOES Ltda. NORBE V OIL &NATURAL GAS SAGAR KIRAN COMIMISION, INDIA SAGAR GAURAV SAGAR JYOTI SAGAR PRAGATI PENROD 53 PENROD 60 PENROD DRILLING Co. PENROD 66 PENROD 80 PENROD 81 PENROD 82 PERFORACIONES AZTECA MARÍTIMAS MEXICANAS MAYA PERMARGO CHICHEN ITZA INTERNATIONAL Corp. Y UXMAL PETROBRÁS III PETROBRÁS PETROBRÁS VI PETROBRÁS XI PEMEX HOLKAN PERFORADORA MÉXICO JALAPA


1,400,000 500,000

1,000,000 1,700,000 1,280,000 1,200,000 1,392,000 1,392,000 1,392,000 1,392,000 1,531,200 1,000,000 1,044,000 1,000,000 1,000,000 1,000,000 1,392,000 1,400,000 1,000,000 1,000,000 1,000,000


TIRANTE ALCANCE PESO DEL POTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (KLB) (HP) 300 20,000

194 X 115 X 20 243 X 200 X 26

377 300

25,000 10,000

236 X 212

300

25,000

230 X 200 X 26 230 X 200 X 26 208 X 178 X 20 204 X 187 X 23 212 X 210 X 26 221 X 220 X 27 216 X 200 X 22 275 X 239 X 22 180 X 167 X 23 230 X 200 X 26 247 X 200 X 26 247 X 200 X 26 243 X 200 X 26 243 X 200 X 26 208 X 178 X 22 208 X 178 X 22 243 X 200 X 26

300 350 300 300 300 300 300 300 300 340 320 250 250 300 300 300 300

25,000 25,000 20,000 20,000 20,000 20,000 20,000 20,000 30,000 30,000 30,000 25,000 25,000 25,000 25,000 25,000 20,000

225 X 209 X 25 2443 X 200 X 26 197 X 186 X 23 220 X 190 X 26 200 X 186 X 22

300 300 300 300 300

25,000 16,500 25,000 20,000 25,000

5,000 4,881

5,151 3,500 t 1,500 t 3,765 t 2,813 t 2,250 mt 2,060 mt 2,969 4,261 4,071 4,016 4,722 5,150 1,500 st 1,800 t 4,000 t

3,000

2,000 2,000

3,190 1,300 mt 1,800 mt

Transmisión de energía Se tienen dos métodos comunes utilizados para transmitir la potencia hasta los componentes de la instalación: el mecánico y el eléctrico. En una instalación de transmisión mecánica, la energía se transmite desde los motores hasta el malacate, las bombas y otra maquinaria. Se hace a través de un ensamble de distribución que se compone de embragues, uniones, ruedas dentadas, poleas y ejes.

47



TABLA A.1 (CONT.) EQUIPOS AUTOELEVABLES COMPAÑÍA

PETROMAR

READING & BATES REDWOOD SHIPPING RINGDAL HOLDING S.A. SMEDVING DRILLING Co. A / S ROWAN COMPANIES Inc.

SAIPEM SANTA FE DRILLING Co. SANTA FE DRILLING Co. SEDCO FOREX

NOMBRE DEL EQUIPO ATLAS,FORTUNA JÚPITER ORIZONT Y SATURN W.T. ADAMS GEORGE H. GALLOWAY F.G.McCLINTOCK MONTREAL I PRODUCTION PIONER WEST BETA WEST GAMMA ARCH ROWAN ROWAN FT. WORTH ROWAN ALASKA R. GORILLA II,III,IV PERRO NEGRO2 PERRO NEGRO3 PERRO NEGRO5 GALAXY I GALVESTON KEY TRIDENT II TRIDENT IX TRIDENT X TRIDENT XII KEY GIBRALTAR


DIMENSIONES

704,000

172 X 134 X 21

300

19,800

1,820 t

2,300

1,392,000 1,330,000

243 X 200 X 26 180 X 175 X 25

300 300

25,000 25,000

5,192 1,700 st

2,000 2,000

1,300,000 1,248,000 1,000,000

230 X 200 X 26 236 X 236 X 26 195 X 200 X 22

300 370 370

25,000 25,000 20,000

1,865 st 3,200

¿Cuál será la capacidad del mástil antes señalado si la carga a levantar (carga suspendida) es de 200,000 lb y si se cuenta con un arreglo de poleas de seis líneas?

1,400,000

230 X 212 X 27 230 X 212 X 27 243 X 200 X 26 2447 X 200 X 26

350 350 300 300

20,000 25,000 25,000

3,200 mt 4,000 mt 1,600 t 1,600 t

Capacidad mástil = (Carga suspendida x Núm. de cables totales)/ ( η x Núm. de cables de la polea viajera) + peso corona + peso polea viajera.

247 X 200 X 26 297 X 292 X 30 243 X 200 180 X 175 200 X 186 X 22 237 X 250 X 35 247 X 200 X 26 237 X 200 X 26 250 X 246 X 29 245 X 286 X 24 212 X 210 X 26 248 X 200 X 26

300 328 300 300 300 400 300 300 400 300 300 300

20,000 30,000 21,000 20,000 25,000 30,000 25,000 25,000 21,000 25,000 25,000 25,000

1,600 t 3,200 t 1,520 mt 1,905 mt 1,500 t 8,300 4,671 1,610 st 2,694 st 2,760 st 4,950 3,915

1,000,000 1,000,000 1,000,000 1,250,000 1,300,000 1,350,000 1,000,000 2,000,000 1,250,000 1,330,000 1,392,000 1,400,000 1,000,000

(PIES)

TIRANTE ALCANCE PESO DEL POTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (KLB) (HP)

línea muerta + carga línea cabría o rápida Sustituyendo

1,504

Carga total en una pierna = 3T + 1T +0.5 T = 4.5T ( η ) eficiencia = (carga real / carga equivalente) x 100 = (8T/9T) x 100 = 88.88 % EJEMPLO

Sustituyendo C.M. = (200 000 lb x 8 )/( 0.88 x 6)+ 6000 lb = 309,030.3 lb 3,000 3,000

Cap. del mástil con 4 líneas: Es igual 8.75 la tensión del cable (peso al gancho/núm de líneas) Cap. del mástil con 6 líneas: Es igual 11.25 la tensión del cable (peso al gancho/núm de líneas)

Carga al ancho en toneladas 20 75 100 125 50 75 100 125 50 75 100 125 50 75 100 125

Num. de Factor línea 4 4 4 4 6 6 6 6 8 8 8 8 10 10 10 10

8.75 8.75 8.75 8.75 11.25 11.25 11.25 11.25 13.75 13.75 13.75 13.75 16.25 16.25 16.25 16.25

Capacidad del mástil un toneladas 109 164 219 273 94 141 188 234 86 129 172 215 81 122 163 203

Tabla 1 datos prácticos para la capacidad del mástil

3.- Sistema diesel eléctrico c.a./c.d 1.-Los equipos de perforación diesel mecánicos (convencional) son aquéllos en que la transmisión de energía - desde la toma de fuerza del motor diesel de combustión interna - hasta la flecha de entrada de la maquinaria de perforación (malacate, rotaria y bombas de lodo), se efectúa a través de convertidores de torsión, flechas, cadenas, transmisiones, cuya eficiencia mecánica varía y generalmente anda por el orden de 60% promedio (figura 3).


TABLA A.1 (CONT.) EQUIPOS AUTOELEVABLES COMPAÑÍA SONDENFJELDSKE ENERGY K / S TECHFOR DRILLING Co., Ltd. TRANSWORLD DRILLING Co.

NOMBRE DEL EQUIPO SONAT DF 87

ANDROS TRANSOCEAN 5 TRANSWORLD62 TRANSWORLD64 MR. MAC UNAP KOLSKAJA WESTERN OCEANIC Inc. WEST. APOLO I ZAPATA OFFSHORE Co. BONITO II

t= st = lt = mt =

48




1,392,000 1,000,000 1,050,000 1,500,000 1,500,000 1,330,000 1,050,000 1,300,000

212 X 210 X 26 243 X 200 X 26 166 X 109 X 20 234 X 210 X 26 297 X 292 X 30 227 X 262 180 X 175 X 25 180 X 175 X 25

TIRANTE ALCANCE PESO DEL POTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (KLB) (HP) 300 25,000 3,600 300 300 300 300 328 300 300 300

20,000 20,000 20,000 25,000 25,000 21,000 25,000 25,000

4,750 4,400 2,500 t 2,250 t 3,250 t 2,650 mt 3,419


GCA- Generador de corriente alterna

A continuación se presenta una tabla calculada con la tabla de datos prácticos:

BBA.1- Bomba de lodos 1 BBA.2- Bomba de lodos 2

Sistema de energía

M-1 - Motor - 1

Para llevar a cabo los trabajos de perforación se cuentan con tres tipos principales de equipos, de acuerdo al sistema generador de potencia:

M-2 - Motor - 2 M-3 - Motor - 3

1.- Sistema diesel mecánico (convencional) 2.- Sistema diesel eléctrico c.d./c.d. Figura 3

5



soportar de lado. El mástil debe soportar el peso de la sarta en todo momento, mientras la sarta está suspendida del block de la corona y cuando descansa en la mesa rotaria. Las construcciones del mástil son de acero estructural y pueden ser: > Portátiles > Fijos Consideraciones para el diseño 1) El mástil debe soportar con seguridad todas las cargas (jalón) o soportar cargas que excedan la capacidad del cable. 2) Deberá soportar el empuje máximo de la velocidad del viento. 3) La plataforma de trabajo tiene que estar a la altura apropiada de las paradas (tramos de tubería a manejar). Cálculo de la capacidad del mástil (CM) Para calcular la capacidad del mástil se emplean las fórmulas siguientes: Figura 2 equipo de perforación terrestre.

Mástil: Es una estructura de acero con capacidad para soportar seguramente todas las cargas verticales, las cargas que excedan la capacidad del cable, y el empuje máximo de la velocidad del viento. La plataforma de trabajo tiene que estar a la altura apropiada para sacar la tubería del pozo en secciones de tres juntas de tubo (lingadas) que miden aproximadamente 27m. dependiendo del rango de la tubería. Se erige sobre una subestructura. Ésta sirve para dos propósitos principales, a) soportar el piso de perforación, así como facilitar espacio para el equipo y personal y b) proveer espacio debajo del piso para alojar los preventores de reventones. La subestructura no sólo soporta el peso de la mesa rotaria, sino el peso completo de la sarta, cuando está suspendida por las cuñas. Los mástiles se clasifican de acuerdo a su capacidad para soportar cargas verticales y a la velocidad del viento que pueda

4

Eficiencia (η) = (carga real/carga equivalente) x 100 Capacidad mástil = (Carga suspendida x Núm. de cables totales)/ ( η x Núm. de cables de la polea viajera) + peso corona + peso polea viajera. Ejemplo ¿Qué porcentaje de la capacidad ( η ) de diseño del mástil (2 piernas ) puede utilizarse si se tienen seis líneas en la polea viajera y ocho líneas en la corona con la línea muerta fija a una pierna derecha del mástil? Datos T = Tensión en cada cable = W/6 Carga total en el mástil = 8T (T= tensión) Carga centrada absorbida por cada una de las piernas del mástil = 6T/2 = 3T Carga de la línea de la cabría o rápida 0.5 T. Carga total en una pierna = carga centrada + carga

TABLA A.2 EQUIPOS SEMISUMERGIBLES COMPAÑÍA

ACTINIA CORP. BEAUDRIL LIMITED BEN ODECO Ltd BLANDFORDSHIPPING Co. BOMBAY OFFS.SUPPLIES & SERVICES Ltd. BRITISH PETROLEUM DEV. CHINA NATIONAL OFFSHORE OIL CORP. DIAMOND M OFFSHORE INC.

NOMBRE CARGA AL DEL GANCHO EQUIPO (LB) ACTINIA 1,000,000 OMEGA 1,250,000 BENVRACKIE 1,400,000 HUNTER 1,000,000 MARGIE 1,400,000 KULLUK 1,400,000 OCEAN BENLOYAL 1,000,000 BIDEFORD DOLPHIN 1,400,000 BOSS PRITHVI 1,392,000 SEA EXPLORER NAN HAI 2 NAN HAI 5 NAN HAI 6 D. M CENTURY D. M EPOCH AMETHYST

DIVING WORKOVERS CONTRACTORS AMETHYST DRIIL MAR S.A. DRIILMAR 1 FRED OLSEN OFFSHORE BORGNY DOLPHIN KOREA DRILLING Co. Ltd. DOO SUNG KS ASTERIE ASTERIE K/S DEEP SEA DRILLING Co. DEEPSEA BERGEN K/S HUNTER HUNTER KS SOUTHERN CROSS SOUTHERN CROSS LAURITZEN OFFSHORE DAN BARONESS (DIV. OF J.L. LAURITZEN A/S) NEDDRILL B.V. NEDDRILL 6 LOEWS SAN ANTONIO HOTEL CLIFFS' MARLIN7 MAERSK DRILLING M. JUTLANDER FORAMER S. SEA DRILLER GLOMAR MARINE DRILLING CO. GLOMAR BISCAY 1

1,300,000 1,000,000

DIMENSIONES (PIES) 270 X 167 X 116 334 X 210 X 118 355 X 221 X 120 290 X 200 X 95 202 X 182 X 110 265 X 60 355 X 221 X 120 354 X 222 X 120 330 X 205 X 126

TIRANTE ALCANCE DE AGUA (PIES) (PIES) 1,500 25,000 230 - 1,500 30,000 660 25,000 1,500 30,000 600 20,000 60 - 600 20,000 1,200 25,000 1,518 19,800 1,000 25,000

MIDLAND & SCOTTISH RESOURCES PLC

NYMPHEA CORP. ODECO INC.

INA NAFTAPLIN INDUSTRIA PETROLERA DE CAMPECHE JAPAN DRILLING Co. Ltd JOSAM MARINE INVESTMENTS/STENA U.K. Ltd. ODECO / AMPOL / AIDC PDFJELL DRILLING & CONSUL. PAN PRODUCER KS PENROD DRILLING Co.

1,000,000 1,000,000 700,000

1,500 1,475 1,500 1,500 800 1,200 985

25,000 26,900 25,000 25,000 30,000 30,000 15,000

1,300,000 1,250,000 1,000,000 1,000,000 1,100,000 450 mt 1,000,000 1,300,000

270 X 203 X 116 363 X 221 X 120 295 X 228 X 116 338 X 325 X 317 303 X 220 X 113 355 X 221 X 120 260 X 158 X 95 320 X 293

1,500 1,500 1,500 660 1,500 1,500 1,500 650

25,000 25,000 25,000 20,000 25,000 25,000 20,000 25,000

2,600 t 2,900 mt 2,000 st 2,000 st

1,200,000 1,000,000 1,250,000

378 X 260 X 140 222 X 175 X 16 308 X 233 X 110 355 X 221 X 120 320 X 266 X 128

1,500 1,000 1,200 1,000 1,000

25,000 30,000 25,000 20,000 25,000

3,000 t 4,000 3,450 mt 2,496 lt 2,500 st

1,000,000

PERFORADORA MÉXICO PETRÓLEO BRASILEIRO S.A. (PETROBRÁS)

NOMBRE DEL EQUIPO SINDBAD SAXON


NYMPHEA OCEAN BOUNTY OCEAN ENDEAVOR OCEAN KOKUEI OCEAN VICTORY OCEAN DRILLER OC. LIBERTADOR OCEAN NOMAD OCEAN SCOUT OCEAN TRAVELER ZAGREB 1 LA MURALLA

1,000,000 1,000,000 1,254,000 1,000,000 1,000,000 952,000 1,000,000 1,000,000 1,000,000

HAKURYU III 1,333,000 HAKURYU IV 1,330,000 HIGH SEAS DRILLER 1,400,000 OCEAN DIGGER CHRIS CHENERY PAN PRODUCER PENROD 70 PENROD 73 MÉXICO PETROBRÁSVII PETROBRAS IX PETROBRAS X PETROBRAS XIII PETROBRAS XXI

2,668 st 2,000 st 7,717 t 3,220 mt 2,015 lt 4,000

300 X 250 X 130 355 X 221 X 130 285 X 223 X 110 285 X 223 X 110 270 X 173 X 85 290 X 200 X 95 246 X 165

TABLA A.2 (CONT.) EQUIPOS SEMISUMERGIBLES

COMPAÑÍA

PESO DEL POTENCIA EQUIPO (KLB) (HP) 3,200 mt 3,300 ton.

1,000,000 1,100,000 1,150,000 1,081,000 1,050,000 1,400,000 1,000,000 1,000,000 1,000,000 1,300,000

DIMENSIONES (PIES) 320 X 293 269 X 197 X 118 352 X 266 octog. 323 X 266 octag. 319 X 266 octag.

TIRANTE ALCANCE DE AGUA (PIES) (PIES) 1,000 25,000

377 X 377 X 377 355 X 221 355 X 221 X 120 214 X 194 365 X 217 X 338 X 326 X 313 355 X 221 X 120

1,500 1,500 1,500 600 600 800 600 1,250 1,000 1,000 1,200 1,000

25,000 25,000 25,000 25,000 25,000 20,000 25,000 25,000 25,000 20,000 20,000 25,000

331 X 219 X 115 343 X 220 X 115 236 X 207

1,000 1,650 1,500

30,000 30,000 25,000

350 X 217 270 X 223 X 140 332 X 318 X 132 245 X 185 X 95 270 X 200 X 116 355 X 221 355 X 221 X 120 355 X 226 X 120 343 X 330 X 115 302 X 226 X 130 233 X 197 X 108

800 600 600 800 1,500 1,000 660 1,200 1,200 1,200 600

20,000 25,000 20,000 30,000 30,000 25,000 25,000 20,000 30,000 25,000 25,000

3,500 t 4,310 t 2,350 2,240 st 2,512 st 1,600 mt 4,000 lt 2,450 lt 4,000 lt

3,000

3,000 cv 3,000

1,600 2,000

PESO DEL POTENCIA EQUIPO (KLB) (HP) 2,000 lt 3,200 mt

2,250 mt

2,500 t

3,000

750 3,000 3,000 3,000

4,720 t 5,500 t 4,100 mt 2,200 st

3,000

1,785 lt 2,600 mt 6,070 t 2,350 t 2,900 t 1,200 st

49



TABLA A.3 EQUIPOS SUMERGIBLES NOMBRE COMPAÑÍA DEL EQUIPO ATWOOD OCEANICS RICHMOND BEAUDRIL LIMITED MOLIKPAQ CANADIAN MARINE DRILLING CANMAR SSDC /MAT GLOBAL MARINE DRILLING CO. GLOMAR BEAUFORT SEA I K/S REAL DRILLING JOHN E. JONES MSDRIL Ltd. SCANDRILL NOBLE DRILLING CORP. CHUCK SYRING GUS ANDROES OCEANDRIL INC. PORTAL 40 ODEC INC. BARGE A MR. CHARLIE PENROD DRILLING COMPANY PORTAL 41 PORTAL 201 ROWAN CO. INC. RIG 4 ROWAN INTERNATIONAL INC. ROWAN FAIRBANKS STA. FE INTERNATIONAL CORP. SWAMP MASTER LUTECE SEDECO FOREX RAISIS RIG 37 SEAREX IV SONAT OFFS. DRILLING INC. SONAR DF 77 TRANSWORLD DRILLING CO. RIG 47 RIG 68

t= st = lt = mt =

CARGA AL DIMENSIONES GANCHO (LB) (PIES) 1,000,000 251 X 172 X 128 1,000,000 364 X 3644 X 95 1,300,000 715 X 360 X 128 1,250,000 291 X 274 X 26 1,556,000 1,300,000 1,300,000 1,550,000 1,550,000 1,000,000 760,000 1,550,000 1,300,000

1,025,000 1,025,000 1,555,000 1,556,000 750,000 1,500,000

240 X 54 212 X 54 X 14 215 X 72 X 14 209 X 54 X 14 209 X 54 X 14 196 X 166 X 12 220 X 134 X 209 X 54 X 14 186 X 180 210 X 54 X 48 70 X 200 200 X 70 X 14 200 X 70 X 14 220 X 70 X 14 210 X 70 X 14 240 X 54 242 X 202 X 100 235 X 235 X 130

TIRANTE ALCANCE PESO DELPOTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (KLB) (HP) 8 - 70 20,000 14,065 t 26 -130 20,000 14,065 t 25 -80 26,000 21,500 t 55 25,000 85 8 - 20 9 -22 22 20 70 40 20 85 20 25 22 22 25 21 85 70 100

30,000 25,000 25,000 30,000 30,000 25,000 25,000 30,000 25,000 30,000 25,000 20,000 21,000 16,000 1,800 25,000 25,000 25,000

INTRODUCCIÓN 1,500 2,000 st

1,000 t 1,171 t 1,050 t 3,793 st 2,000 t 4,000 t

3,000

2,400


TABLA A.4 BARCOS Y BARCAZAS COMPAÑÍA ATLANTIC DRILLING CO. Ltd. ATWOOD OCEANIC & SERVICES Ltd. CANADIAN MARINE DRILLING Ltd. ENERGY SEARCHER AUSTRALIA PTY. Ltd. ENERGY SERVICE CO. (ENSCO) ESSAR GUJARAT Ltd. GREAT ATWOOD Ltd. LAURITZEN OFFSHORE MARAVEN S.A.

NOMBRE CARGA AL DEL GANCHO EQUIPO (LB) BENLOMOND CHANCELLORSVILLE 1,300,000

DIMENSIONES

CANMAR EXPLORER CANM. EXPLORER III CANM. EXPLORER IV ENERG. SEARCHER

1,330,000 1,330,000 1,330,000 1,250,000

377 X 100 X 28 490 X 78 X 41 379 X 82 X 28 610 X 79 X 39

ENSCO V E. DISCOVERER BADRINATH DAN DUCHESS DANWOOD ICE GP - 9 GP 11 NEDDRILL II OCEAN CLIPPER SAGAR BHUSHAN SAGAR PRABHAT RÍO PÁNUCO REY DEL LAGO TELESIS

750,000 1,330,000

200 X 80 X 14 110 380 X 70 X 26 1,500 348 X 70 X 22 600 484 X 82 X 42 1,000 566 X 71 X 44 1,000 199 X 99 X 10 120 200 X 100 X 13 120 540 X 89 X 44 90 - 4000 270 X 203 X 116 1,500 478 X 80 1,000 388 X 72 100 - 1000 381 X 75 X 27 600 180 X 70 X 11 100 259 X 44 X 22 210

NEDDRILL ODECO OIL & NATURAL GAS COMMISSION, INDIA PETROLEOS MEXICANOS SANTA FE INTERNATIONAL CO. UNDERWATER GAS DEVELOPERS Ltd. U. S. S. R. MIKHAIL MIRCHINK VIKING OFFSHORE VIKING DRILLER PEMBINA EXPLORATIONS Ltd. MR. CHRIS t= st = lt = mt =

50


1,333,000

1,000,000 1,333,000 1,400,000 1,300,000 750,000 450,000 1,000,000 1,000,000 500,000

(PIES) 362 X 70 X 22 368 X 70 X 24

486 X 78 X 41 582 X 69 X 39 160 X 54 X 12

TIRANTE ALCANCE PESO DELPOTENCIA DE AGUA EQUIPO (PIES) (PIES) (KLB) (HP) 750 20,000 4,200 lt 2,000 1,000 20,000 5,100 lt 2,000 600 1,000 600 1,500

984 1,000 28 - 220


25,000 25,000 25,000 25,000

5,614 t 7,106 t 5,258 t 9,200 lt

15,000 20,000 20,000 25,000 20,000 15,000 15,000 25,000 25,000 20,000 20,000 25,000 14,000 5,000

1,900 t 5,965 st 6,000 lt 11,572 lt 9,800 mt 1,500 t 2,632 mt 10,900 mt

21,320 30,000 4,500

7,245 t 6,799 st

2,000

2,800 2,400

3,000

5,480 t 350 2,000

En ese contexto, los equipos de perforación han evolucionado al parejo. Pero en tiempos recientes, los requerimientos para explorar y explotar nuevos yacimientos en localizaciones inaccesibles, han dado hincapié para promover el desarrollo tecnológico de los equipos de perforación. El primer pozo se empezó a perforar en Ebano, SLP, el 1 de abril de 1901 sin que obtuviera producción considerable. El primer pozo con producción significativa ( 1500 Bls/día a 1650 pies de profundidad), fue localizado por el ingeniero mexicano Ezequiel Ordóñez en el cerro de La Pez. Brotó el 3 de abril de 1904. Se descubre uno de los mejores campos de México y el mundo. Hasta la fecha, se han utilizado equipos de perforación muy diversos como se observará en el desarrollo de este trabajo.

En la figura 1 se presenta la clasificación de los equipos que actualmente operan en la industria petrolera. I. EQUIPOS TERRESTRES Los equipos terrestres se clasifican en equipos convencionales y autotransportables. La diferencia es

Figura 1

Aquí se describirán los principales componentes de los equipos terrestres y marinos. Brevemente se mencionarán sus principales características como: capacidad mecánica, dimensión del equipo, potencia, carga máxima y facilidad de transporte. El objetivo es familiarizar al lector con los componentes principales de los equipos de perforación, así como mostrarle los utilizados en el país y en algunas partes del mundo. Estos equipos son terrestres, barcazas, plataformas fijas y autoelevables; barcos, semisumergibles y equipos de reciente tecnología, empleados para la perforación de pozos petroleros costafuera.

que los primeros tienen mayor capacidad en la profundidad de perforación y los segundos, disponen de un conjunto de malacate-motores C.I. montados sobre un remolque que se autotransporta. Así, cuenta con mayor facilidad de transporte de una localización a otra, pero con menor capacidad en la profundidad de perforación. Componentes de un equipo de perforación terrestre Un equipo de perforación terrestre cuenta básicamente con los siguientes componentes: sistemas de elevación y rotación; un mástil que sirve de soporte, una fuente de potencia, y un sistema de circulación.

* MATT- Se le da ese nombre por el arreglo que es parecido a una mantarraya y que es el conjunto de patas y una plancha de la plataforma autoelevable que sirve como base de sustentación y que se posiciona en el fondo para elevar el casco a la altura de trabajo. **TLP Tension Leg Platforms (plataformas con piernas tensionadas)

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Equipos de Perforación Rotatoria

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