República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño Cátedra: Perforación 1
Sistema de Potencia y Sistema de Seguridad
Integrantes Pérez Andrés
21.353.529
Romero, Sthiven 1.118.827.094
Mayo, 2014
Introducción En este trabajo queremos a dar a conocer el sistema de potencia y el sistema de seguridad en la perforación de pozos petrolíferos, y sus componentes.
Sistema de Potenc ia del Taladro Taladro
Los diferentes componentes que conforman el sistema de potencia del taladro, se divide en dos partes, que son:
Componentes del sistema de potencia
Equipos de transmisión de potencia
Comp onentes del sistema de potencia En los componentes del sistema se clasifican en dos partes:
Sistema de generación de Potencia
Motores primarios
Sistema de Generacion Generacion de potencia Es el sistema encargado de generar y transmitir la energía requería por cada uno de los equipos y/o sistemas que conforman el taladro. Por lo general, cuenta con un paquete de motores de combustión interna, los cuales pueden ir acoplados directamente a los diferentes equipo que lo requieran(transmisión mecánica) o a un generador de corriente eléctrica(transmisión hidráulica). La mayor parte de la potencia del taladro es consumida por los sistemas de levantamiento y circulación. La fuente primaria de potencia se provee, generalmente, por motores de combustión interna llamados motores primarios. Transm isión d e p otenc ia m ecánica Mediante este sistema, la potencia generada en los motores diésel se transmite mecánicamente. Este proceso se realiza conectando el grupo de motores generadores de potencia a un acoplamiento (convertidores de torsión) y este, a su vez. Se conecta a una serie de cadenas, embragues, acoples, transmisiones, mandos y cajas de velocidades, las cuales transmiten potencia y controlan la velocidad de operación de los equipos. Este sistema está siendo reemplazado por el sistema diésel eléctrico.
Trans m isión de po tenc ia elé ctr ica Los taladros que poseen este tipo de transmisión son llamados taladros eléctricos. En estos sistemas, se utilizan los motores principales para generar electricidad esta potencia eléctrica se transmite fácilmente a través de cables, a los diferentes sistemas del taladro, donde el trabajo requerido se realiza mediante el uso de motores eléctricos. Los componentes del taladro pueden ser arreglados como unidades portátiles que pueden ser conectados a través de cables y enchufes. Con este tipo de generadores de potencia se tiene una gran flexibilidad para la ubicación de los equipos, permitiendo una mejor distribución de espacios y pesos. Además, la potencia eléctrica permite el uso de sistemas de control muy simples y flexibles. El perforador puede aplicar la potencia de una manera más pareja a los componentes del taladro, minimizando los problemas de impactos y vibraciones. La definición del a potencia mínima requerida de un taladro, es primordial para los ingenieros encargados del diseño de los componentes del mismo. Esta potencia teórica es, normalmente, la potencia requería por el malacate para levantar la sarta más pesada a una velocidad de 100 pies/min, más un factor de seguridad en caso de atascamiento de tuberías. Tipo de Taladro
Profundidad Alcanzable(pies)
Potencia Nominal Malacate (HP)
A
8000
400
B
10000 – 12000 10000 –
600 – 600 – 750 750
C
15000
1500
D
20000
2000
E
25000
3000
Motores Primarios Pri marios Son la fuente que origina la potencia. Para los taladros mecánicos, es una fuente directa. Para los taladros de diésel eléctricos, son una fuente indirecta, puesto que la potencia requerida por los motores eléctricos es producida por generadores acoplados a los motores principales. Todos los taladros actuales poseen motores principales de combustión interna, los cuales pueden ser a gas o diésel. Motores a gas Han sido casi totalmente sustituidos por motores diésel. Las razones para el reemplazo fueron:
Menos eficientes que los motores diésel.
Insuficiente potencia a bajas velocidades.
Más dificultad para la obtención de combustible (gas).
Reparaciones más frecuentes.
Mo to re s Di é s el Son los más utilizados. Poseen 3 ventajas primordiales sobres los motores a gas:
No poseen sistema de ignición (bujías).
La falla principal de los motores a gas es el encendido.
No hay perdida de eficiencia a bajas velocidades.
Convierte en energía un mayor porcentaje de combustible.
Las diferencias más resaltantes entre los motores de gas, gasolina y diésel consisten en los tipos de combustible que se usan y los métodos de encendidos de este. En un motor diésel, el combustible se inflama por el calor generado por la compresión, siendo esta la razón por la cual se les conoces también como motores de encendido por compresión. En los motores a gas o gasolina el combustible se inyecta dentro de los cilindros junto con el aire debiendo existir una relación precisa entre ellos para lograr una mezcla explosiva.
Equipo s de Transm Transm isión de Potencia
En el sistema de potencia se encuentras los diferentes componentes:
Equipos de transmisión de potencia mecánica
Equipos de transmisión de potencia hidráulica
Sistema RCS o Thyristor
Suministro de potencia auxiliar
Equip os de trans m isión de po tencia m ecánica Los equipos de transmisión de potencia tienen como función llevar la potencia producida por los motores primarios o por los generadores, hasta su sitio de aplicación (mesa rotatoria, malacate, bomba de lodo).
T ransm r ansm isión d e po tencia m ecánica En la transmisión de potencia mecánica la palabra clave es embrague. Un embrague tiene solamente dos posiciones: acoplados o desacoplado. En uno de los lados del embrague esta el miembro o elemento impulsor. Si el embrague esta desacoplado, el elemento impulsor se encuentra trabajando en vacio y el otro esta estatico. Cuando se acopla el embrague, el elemento de empuje hace qye el otro entre en movimiento.
Tipos de embrague En un taladro de perforación existen dos tipos básicos de embrague:
Embragu e de mo rdaza , este embrague es simplemente un acople de acero contra acero. Se puede acoplar solamente cuando el elemento impulsor y el impulsado se encuentran estáticos o casi estáticos.
, la mayoría de los embragues utilizados en El embrague d e fricción los taladros de perforación, son de este tipo. Se pueden acoplar a voluntad, existiendo muy pocas posibilidades de que se produzcan cargas de impacto debido al movimiento de un miembro de acople. Se embragan y desembragan mediante aire comprimido, el cual es controlado desde la consola del perforador.
Compuestos El compuesto es un conjunto de embragues y ejes, mediante los cuales el perforador puede utilizar uno o más motores para impulsar los compuestos del taladro. Solamente hay un embrague de mordaza (selector del flujo de potencia). En el compuesto existen tres embragues de fricción, todos neumáticos, que distribuyen la potencia de los motores a la mesa rotatoria. Partes Partes de un com puesto El compuesto está formado por ejes y embragues. Las transmision es de las bombas son poleas y correas en “V”, de múltiples ranuras.
Las cadenas y piñones se utilizan para la transmisiones principales entre los diferentes ejes. Un piñón que impulse a uno más pequeño, actúa como un elevador de velocidad. Si el piñón impulsa a uno más grande habrá una reducción de velocidad. Cuando se aumenta la velocidad, se sacrifica la potencia de tracción. Por otra parte, cuando se disminuye la velocidad se multiplica la potencia de tracción.
Cadenas . Una cadena de alta velocidad para transmitir potencia es algo más que lo que se puede ver a simple vista, por cuanto en realidad se trata de máquinas complejas. Los piñones sobres los cuales trabajan deben permanecer alineados y deben ser tensadas correctamente. Debe existir también un bien sistema de lubricación con aceite de viscosidad adecuada.
Correa en “V” .
el uso principal de la correa en “V”, en un taladro es la
transmisión de la bomba. La clave de un buen servicio de las correas es la tensión y la protección contra otros elementos. Es importante que cada una de las 10 o 20 correas de la transmisión de una bomba. Compartan la carga manejada. Cuando algunas de las correas se deforma generalmente se estiran, de tal forma que no soportan su carga. Cuando algunas muestran desgaste, es recomendable cambiarlas todas, de tal forma que la tensión se reparta uniformemente en ellas.
Cojinetes . Son los ejes en los que están montados los piñones, siempre que se utilicen ejes en un dispositivo mecánico, es necesario instalar cojinetes para darles apoyo y estos deben estar lubricados.
Ac op les hid ráulic os . Se utilizan para minimizar las cargas por impacto y son instaladas en el extremo de un eje de mando, para conectarlo al extremo de un eje receptor. Cuando se trabaja a una velocidad (RPM) normal, el acople hidráulico tiene todas las características de un eje de mando sólido. Pero, cuando se acelera el eje de mando. El acople “cede”, lo cual hace que
el lado de salida de potencia del acople se ponga al a misma velocidad, con suficiente sincronización para evitar el contacto metal a metal con el mecanismo receptor.
. Su funcionamiento, al igual que en los Convertidores d e torsión acoples hidráulicos, se logra a través de la acción de un fluido, pero su aplicación es totalmente diferente. El convertidor de torsión, cuando trabaja a baja velocidad. Multiplica la torsión del eje de mando. A medida que aumenta aumenta la velocidad, velocidad, cambia su efecto automáticamente y gradualmente, de manera que la torsión se reduce y la velocidad del elemento impulsado aumenta.
Equ ipo s d e trans m isión d e po tenc ia elé ct ric a Los taladros de perforación impulsados por electricidad son denominados “taladros eléctricos”.
En realidad, la parte eléctrica del taladro es simplemente la forma como se transmite la potencia de un lugar a otro. Los componentes de los taladros que se usan para la actividad de perforación (malacate, mesa rotatoria, bombas de lodo) son los mismos para un taladro mecánico o eléctrico. El equipo eléctrico es el equivalente al compuesto de cadenas de un taladro mecánico
Las transmisiones eléctricas consisten de las siguientes partes:
Impulsores primarios (motores).
Generadores.
Excitadores para cada generador.
Controles de los generadores.
Cables eléctricos.
Controles de potencia eléctrica.
Controles (consola) del perforador.
Motores eléctricos para cada equipo del taladro.
Generadores Los generadores cambien la potencia mecánica desarrollada por los motores primarios en corriente eléctrica, generalmente son de corriente alterna. Las bobinas sirven para establecer el campo magnético. Las corrientes inducidas por le campo magnético (o corriente de salida) es tomada por las bobinas estacionarias o bobinas del estator, pór conexiones directas. Excitadores Es una fuente externa de electricidad: un generador pequeño de corriente directa (CD), montado en la parte superior del generador principal o impulsado por separado. La salida del excitador se puede variar desde una consola, haciendo variar el campo del generador y mientras mayor cantidad de corriente salga por el excitador, más fuerte será el campo magnético en el generador y más corriente saldrá del mismo para impulsar la carga.
Controles de los generadores El control de los generadores se logra por medio de reóstatos, los cuales hacen variar el flujo de la corriente de los excitadores hacia los generadores. Los reóstatos son operados por activadores de aire. El sistema de control que regula el acelerador también controla el reóstato en el excitador. Cab les elé ct ri co s Sirven de enlace entre los generadores y los diferentes equipos del taladro que necesitan energía eléctrica. El sistema utilizado comúnmente es el machihembrado. Controles de potencia La potencia general requerida depende de la actividad de perforación desarrollada. Perforando, se necesita potencia suficiente para accionar las bombas de lodo y la mesa rotatoria simultáneamente. Durante viajes con la sarta, se requiere de potencia en el malacate solamente. Esta distribución de potencia se logra con dispositivos controladores de la misma, los cuales activan los generadores necesarios, en función de donde y cuanta potencia es requerida. Conso la del perforador La consola del perforador posee los manómetros y palancas de control del funcionamiento de todos los equipos principales del taladro (malacate mesa rotatoria, bombas de lodo), además del control de la distribución de potencia.
Mo to re s elé ct ri co s Es el último componente del sistema de transmisión de potencia eléctrica Son los encargados de transformar la corriente eléctrica, proveniente de los generadores, en potencia mecánica, la cual será transmitida a los equipos respectivos. Poseen, al igual que los generadores, dos elementos constituyentes principales: principales: 1 rotor y 1 estator. La corriente eléctrica pasa primero a través de las bobinas del estator, creando un campo magnético que arrastra al inducido produciendo su movimiento. El eje de salida del inducido transmite este movimiento al equipo respectivo a través de acoples.
Sistema RCS o Thyristo Desde hace mucho tiempo se han usado los taladros de perforación accionados por corriente directa (CD). Con la aparición de los transistores y los avances en la electrónica, comenzaron a desarrollarse otras medidas de transmisión y control de energía. A medida que la capacidad de estos instrumentos aumento, la potencia que se podía manejar por medio de ellos, creció continuamente hasta un punto tal que todos los conceptos nuevos de generación y distribución de potencia fueron tomados en cuenta para los equipos utilizados en los taladros de perforación.
Específicamente, esto consiste en generar energía de corriente alterna (CA) para luego convertirla en corriente directa (CD), a fin de mover motores que impulsan los equipos del taladro.
Sum inistro d e potencia auxiliar a uxiliar El taladro mediano de perforación en tierra utiliza un equipo auxiliar que es accionado eléctricamente agregando una carga de aproximadamente de 100Kw. Aunque la la mayoría mayoría del os taladros taladros en el pasado pasado estaban estaban equipos equipos con sistemas de corriente directa de 110 voltios, prácticamente todos los taladros modernos están equipados con plantas de 110/220 o 220/440 voltios de corriente alterna. Algunos de de los reglones reglones principales principales que que requieren requieren potencia potencia eléctrica eléctrica en un taladro para trabajo pesado en tierra, son los siguientes: Iluminación eléctrica
10.0 Kw
Removedor de lutitas(dos motores de 3 CF)
5.0 Kw
Agitadores Agitadores de los tanques de lodo (4 (4 motores de 10 CF) CF)
31.0 Kw
Desarenador, bomba centrifuga (20 CF)
15.0 Kw
Desgasificador y centrifuga de lodo (10 CF)
7.7 Kw
Compresores de aire (motor de 20 CF)
15.0 Kw
Enfriamiento y calefacción de alojamiento
3.0 Kw
Unidad de control de impiderreventones
3.0 Kw
Equipo de mezclado y acondicionamiento del lodo
4.0 Kw
Varios
3.3 Kw Total
100.0 Kw
Las gabarras de perforación están generalmente equipadas con generadores de 200 a 300 Kw, debido a que las cargas eléctricas serán el doble del as que generalmente se utilizan en operaciones en tierra. Esto incluirá los cuartos con aire acondicionado, la cocina, y los servicios de abastecimiento para una cuadrilla de 10 a 20 hombros, más los renglones usuales del equipo del taladro. Los taladros de perforación costa afuera requieren generadores de 350 a 500 Kw debido a que los cuartos son más grandes, frecuentemente dan albergue a 50 o más hombres y tienen más equipos. La mayoría de los taladros autoelevadizos tienen un equipo de alta capacidad hidráulica, que algunas veces requiere una potencia adicional de 500 a 100 Kw y aún más, bajo ciertas condiciones. En este caso se pueden sincronizar dos generadores de CA de 500 Kw para la carga de elevación En donde se dispone de un sistema RCS de potencia, las unidades regulares del taladro serán operadas para suministrar la energía eléctrica para levantar o bajar la unidad.
Sistema de Seguridad del Taladro Ta ladro Describes los diferentes componentes que conforman el sistema de seguridad del taladro que son:
Sistema de seguridad del taladro
Válvulas de seguridad
Carreto de perforación
Múltiple de estranguladores
Unidad acumuladora de presión
Tanque de viajes
Separador de gas línea al quemado
Sistem a de Segu Segu ridad del Taladro Taladro El sistema de seguridad del taladro previene el frujo incontrolado de fluidos de la formación hacia el pozo. Cuando la mecha penetra una formación que contiene un fluido a una presión mayor que la hidrostática ejercida por el fluido de perforación, los fluidos de la formación comenzaran a desplazar al fluido de perforación fuera del pozo. El flujo de fluido desde la formación hacia el pozo, originado por un desbalance hidrostático, se conoce como arremetida. El sistema de seguridad permite:
Detectar la arremetida.
Cerrar el pozo en la superficie.
Circular el pozo bajo presión para sacar el fluido invasor e incrementar la densidad del lodo.
Mover la sarta de perforación con el pozo cerrado bajo presión.
Desviar el flujo lejos del personal y equipos.
Las fallas del sistema de seguridad originan un flujo incontrolado de fluidos de la formación, lo cual se denomina “reventón ”. Este es quizás, el peor desastre que puede ocurrir durante las operaciones de perforación, pudiendo ocasionar perdidas de vidas, equipos de perforación, la mayor parte de las reservas de gas/petróleo del yacimiento y daños ambientales.
Debido a esto, el sistema de seguridad es uno de los mas importantes del taladro.
Válvu las d e seg ur idad El flujo de fluidos de un pozo, originado por una arremetida, es detenido con el uso de dispositivos especiales de sellado llamados válvulas impiderreventones (VIR). Los impiderreventones deben ser capaces de detener el flujo desde el pozo, bajo cualquier condiciendo de perforación. Cuando hay tuberías en el hoyo, debe ser posible mover la sarta con el pozo cerrado y adicionalmente, el arreglo de VIR´s debe permitir la circulación a través del espacio anular, bajo presión. Estos objetivos son normalmente cubiertos usando varios impiderreventones de tuberías y uno anular (esférico).
Arreglo de impiderreventones El arreglo de impiderreventones puede configurarse de multiples formas. Los códigos API para describir las diferentes configuraciones aparecen en el boletín RP53. Las designaciones API para estos componentes se muestran a continuación: A: Impiderreventone Impiderreventones s anular. anular. G: Impiderreventones rotatorio. R: Impiderreventones de arietes sencillo (puede ser para tubería o ciego). Rd: impiderreventones de arietes dobles Rt: Impiderreventones de arietes triples. S: Carreto (spool) de perforación. M: 1000 lpc, presión de trabajo. Los componentes se especifican de abajo hacia arriba y pueden ser identificados completamente con una denominación sencilla, tal como= 15 M – 7 – 1/16” – R S R R A Lo cual significa= 15 M: 15000 lpc, presión de trabajo 7 – 1/16”: diámetro interno. RSRRA: Orden del arreglo de impiderreventones (de abajo hacia arriba). La consideración más importante de cómo debe organizarse el arreglo, parece ser el mayor riesgo que pueda presentarse.
Se hacen algunas observaciones:
Los requerimientos del arreglo deben basarse en el tipo de pozo a perforar.
Existen muchas configuraciones adecuadas, pero, mas arietes hacen el arreglo más largo, pesado y costoso. Pocos arietes tienen menor flexibilidad y aumenta los riesgos.
El mejor arreglo de impiderreventones es aquel que que es adecuado para el trabajo y para el área de operación y con un grado de seguridad acorde a las normas.
Impiderreventones d e arietes arietes El de arietes es el impiderreventones más básico. La confiabilidad de ellos es debía en parte, a su simplicidad y en parte al esfuerzo puesto en su diseño. La mayoría de los impiderreventones de arietes se cierran normalmente con 1500 lpc (presión de operación, no de trabajo), y esta presión no debería variarse a menos que las condiciones o el tipo de impiderreventones de ariete requieran presiones diferentes. Los arietes de la mayoría de los sistemas de impiderreventones se cierran mediante pistones accionados en forma hidráulica. Algunos usan usan tornillos tornillos para su cierra pero, las regulación regulación vigentes vigentes recomiendan que los impiderreventones deben ser operados de manera hidráulica. En caso de fallar el sistema hidráulico, estos impiderreventones pueden cerrarse manualmente, a menos que estén equipados con un sistema de bloqueo hidráulico.
Después de estar cerrados, pueden ser asegurados con sistemas hidráulicos o manuales (volantes). La mayor parte de los impiderreventones de arietes se diseñan para sellar contra presión solamente en su cara inferior. Esto significa que no mantendrá las presiones si es colocado con la parte superior hacia abajo, tampoco se prueban con presión en la parte superior y debido a esto, se debe revisar su colocación correcta. La marca del fabricante debe aparecer en la parte superior y los orificios de circulación o salidas deben estar por debajo de los arietes
Imp ider reven ton es de arietes p ara tub ería Los impiderreventones de arietes de tubería se diseñan para cerrar
sobre la misma. Es un bloque de acero cortado para amoldarse al diámetro externo de la tubería, alrededor de la cual será cerrado. El corte es hecho de tal manera, que provean un sello hermético sobre un tamaño específico de tubería. La goma sellante en la superficie de contacto con la tubería se autogenera para garantizar el sello. Existe otra goma autoregeneradora en la parte superior del ariete, para sellar el espacio anular.
Impid errevento nes de arietes para t ub erías v ariables Sellan sobre varios tamaños de tuberías y, dependiendo del tipo del
impiderreventones, sobre una junta Kelly hexagonal. Se usa como el impiderreventones primario para un tamaño de tubería y, de reserva, para otro tamaño de las mismas (sartas ahusadas).
Impiderreventones de arietes para tuberias
Impiderreventones de arietes ariete s c iegos Los arietes ciegos son un tipo especial, sin corte para alojar la tubería,
es decir son rectos. Poseen elementos de sello grandes y se diseñan para el cierre del pozo, sin tubería dentro del mismo.
Impid errevento nes de arietes arietes cizallantes cizallantes Poseen cuchillas especiales para cortar tubulares (tubería de
perforación, portamechas, tubería de producción). Deben utilizarse presiones de operación mayores que las normales o convertidores hidráulicos, dependiendo del tipo del ariete cizallante y del tubular que se requiere cortar.
Debido a que el elemento sellante es pequeño, deben limitarse las pruebas para un juego de arietes. No se debe probar este tipo de impiderreventones con más de 200 lpc. Impiderreventones anulares Constituyen los dispositivos más versátiles para el cierre del pozo. Algunos modelos son son energizados energizados por la arremetida, arremetida, es decir, decir, la presión generada debajo de el lo empuja hacia arriba, proporcionando una fuerza de sello adicional. Se usa para cerrar sobre un rango predeterminado de tamaños de tuberías y como un lubricador para mover o arrastrar tubería bajo presión. La mayoría de estos impiderreventones cierran sobre el cuadrante, portamechas, sarta de trabajo, tubería de producción, guaya fina o, en caso de emergencia, su espacio interno. El impiderreventones consiste de un elemento sellante circula de goma, un pistón circular, normalmente en forma de cuña y el cuerpo. Cuando el fluido hidráulico se bombea dentro de la cámara de cerrado toma lugar una secuencia, en la cual el elemento sellante es forzado hacia el centro del pozo. Dependiendo del fabricante, el funcionamiento interno puede variar, de acuerdo a la forma como se obtiene el sellado, pero típicamente esto se logra por desplazamiento vertical u horizontal de la empacadura. La mayoría de estos impiderreventones se diseñanm para una máxima presión de operación recomendada de 1500 lpc, a pesar de que algunos tienen una presión de trabajo en la cámara de 3000 lpc.
La mínima presión para lograr sello depende de algunos factores como diámetro interno, diámetro externo de la tubería y presión del pozo. El uso de presiones inadecuadas de operación (acumulador) sobre el impiderreventones anular es una del as fuentes principales de fallas de la empacadura del mismo. A pesar de de que debe debe cerrar cerrar sobre diferentes diferentes tamaños y formas de tuberías, el impiderreventones anular debe probarse usando un tuve de perforación del tamaño en uso. También, cuando se usan estos equipos, debe tenerse en cuenta el uso de la menor presión de operación posible para ayudar a preservar la empacadura. Las operaciones del impiderreventones anular puedes mejorarse observando lo siguiente:
Nunca usar en la unidad de cierre una presión mayor que la necesaria, especialmente moviendo la sarta.
Probar su funcionamiento, funcionamient o, de acuerdo a las normativas.
API/PDVSA. Como referencia, probar estos equipos: cuando se instala en el arreglo, cuando se cambie algún componente del mismo y en su rutina sugerida de una vez por semana.
Verificar con los manuales del fabricante los datos operacionales operacionale s para cada modelo.
Arrastrar la tubería con altas presiones de cierre del pozo y operacionales, originan desgaste y fallas prematuras del elemento sellante.
Impiderreventones anular
Carreto de perforación Es el equipo utilizado para enlazar el cabezal del revestidor al arreglo de impiderreventones. Además, permite permite circular circular fluidos fluidos al pozo pozo a través través de la línea para para matar (kill line) y hacia el múltiple de estranguladores a través de la línea hacia los estranguladores (choke line). En esta línea va instalada una válvula hidráulica de apertura y cierre rápido (HCR). Comunica el cabezal del pozo con el múltiple de estranguladores. El carreto de perforación debe tener la misma capacidad (presión de trabajo) que las válvulas impiderreventones, líneas y múltiple de estranguladores, y se utilizan normalmente para presiones de trabajo de 2000 lpc (2M), 3000 lpc (3M), 500 lpc (5M), 10000 lpc (10M) y 15000 (15M).
Línea p ara m atar (K ill L in e) Su utilización es necesario cuando se desea desplazar fluidos en una circulación inversa (de anular a tubería), normalmente posee una válvula unidireccional (check valve) para evitar reflujos.
Línea h acia los estrang ulado res (Choke Line) Se utiliza para desviar le fluido, cuando se controla una arremetida, hacia el múltiple de estranguladores.
Válv u la H CR Es una válvula operada hidráulicamente, de apertura y cierre rápidos, que se instala en la línea hacia los estranguladores. Entre el cabezal y esta válvula se instala una válvula normal, la cual deberá estar permanentemente abierta. El flujo a través de la línea hacia los estranguladores se evita colocando una válvula HCR en posición cerrada mientras se perfora. En caso de una arremetida. Debe abrir antes de cerrar los impiderreventones para evitar circulación del fluido hacia el múltiple de estranguladores.
Múltiple Múltiple de estrang ulado res Es un conjunto de válvula que incluye el(los) estrangulador(es), cuya finalidad es la de proveer el control de las presiones generadas durante el proceso de desalojo de una arremetida. Además, permite permite dirigir dirigir el fluido, fluido, después después de pasar por el estrangulador en uso, hacia el sitio adecuado. Sus presiones de trabajo deben ser consistentes con las del arreglo de impiderreventones utilizado.
Estrangulador manual Es una válvula mecánica de apertura y cierre manual y progresivo. Comúnmente es de tipo “aguja”. Con un asentamiento conico.
Es el equipo que permite el control de la presión aplicada en el fondo del pozo, cuando se circula una arremetida a través de el, mediante el incremento o reducción gradual del área de flujo.
Estrang ulado r hid ráulico Es un regulador cuya apertura y cierre se logra a través de un fluido (aceite) presurizado. El tipo común, al igual que el manual, es de asiento ahusado y aguja.
Cám ara d e exp ans ión Se encuentra ubicada a la salida de múltiple de estranguladores. Es un tubo de mayor diámetro que el diámetro nominal del múltiple, para permitir la expansión del fluido, disminuyendo su presión. El diámetro de la cámara de expansión para un múltiple de 4 pulgadas es, normalmente, de 8 pulgadas. Estación Estación remota El sistema del estrangulador hidráulico lo completa una estación para accionar el estrangulador a distancia, la cual se encuentra ubicada en el piso de la cabria.
Unidad acumu ladora de presion Es la encargada de presurizar el fluido necesario para hacer accionar las válvulas impiderreventones y la HCR. El fluido se almacena en la unidad, la presión normalmente del doble dela requerida, en cilindros especialmente diseñados, y se envía a la valvula de seguridad que se desea abrir o cerrar, por medio de válvulas de 4 vias y líneas de alta presión. Los sistemas de seguridad estándar utilizan unidades acumuladoras que poseen capacidad para almacenar aceite presurizado a 3000 lpc, la cual es el doble de la presión requerida nomalmente para la operación de los impiderreventones. De igual manera, la capidad de almacenamiento de aceite del sistema debe ser, aproximadamente, 1.5 veces el volumen requerido para abrir/cerrar simultáneamente todas las válvulas de seguridad accionadas desde la unidad. Se puede operar también remotamente a las estaciones para tal fin, se ubican estratégicamente en el taladro.
Estación Estación remota La unidad acumuladora de presión se puede operar también remotamente y las estaciones para tal fin, se ubican estratégicamente en el taladro. Cuando se usa una sola estación remota, debe instalarse en el piso del taladro. Si se tienen dos estaciones, la segunda se instala frente a la oficina del jefe del taladro.
Tanque de almacenamiento almacenamiento d e fluido Es el depósito para el fluido utilizado en la operación de apertura y cierre de las válvulas impiderreventones y HCR. Normalmente, este dispositivo debe almacenar el fluido necesario para operar simultáneamente todas las válvulas de 4 vías (una para cada válvula de seguridad operada por la unidad). Bom bas Presuriza Presurizadoras doras La unidad acumuladora de presión posee 2 bombas encargadas de presurizar el fluido, una de las cuales es accionada por un motor eléctrico y la otra es accionada neumáticamente. La presión de almacenamiento de fluido para taladros normales es de 3000lpc.
Cualquiera de las dos bombas es capaz de presurizar el fluido hasta 3000 lpc pero, se selecciona la eléctrica como la primera alternativa. Debido a la utilización de la unidad, la presión de los acumuladores baja a 250 lpc (2750 lpc), arranca la bomba eléctrica para reponer la presión nuevamente en 3000 lpc. Cuando este valor es alcanzado, se apaga la bomba automáticamente. En caso de fugas severas, si la presión de los acumuladores baja hasta 2700lpc con la bomba eléctrica encendida, arranca la bomba neumática para ayudar a la bomba eléctrica a reponer la presión deseada en los cilindros acumuladores. La bomba neumática es también una bomba auxiliar en el caso de fallas de energía eléctrica.
Switches de co ntrol (Presostatos) Controlan el encendido y apagado de las bombas presurizadas.
Bombas eléctricas , el switch de control enciende la presión de los
cilindros baja a 2750 lpc. La apaga al presurizar el sistema con 3000 lpc.
Bombas neumáticas, el switch de control enciende la bomba cuando
la presión de los cilindros desciende a 2700 lpc. La apaga presurizar 2900 lpc.
Cilindro de almacenamiento Son depósitos cilíndricos (botellas) que poseen una pre-carga de nitrógeno en su interior. Esta pre-cargada de 1000 lpc está contenida en una goma (Bladder) y su misión es la de actuar como un resorte para acelerar la salida del fluido desde los cilindros hacia la válvula que está siendo operada.
Válv u la s d e 4 v ías Son las válvulas que accionan los equipos impiderreventones. Van instaladas en un múltiple en la unidad acumuladora, que mantiene una presión disponible de 1500 lpc y existe una para cada válvula hidráulica del sistema de seguridad (exceptuando el estrangulador hidráulico). Posee tres posiciones: abierta, cerrada o neutral. La posición correcta será función del estado de la válvula de seguridad correspondiente (abierta o cerrada), nunca en posición neutral. La razón de esto es que el diseño del a unidad acumuladora hace que sea autoverificadora de su funcionamiento normal (sin fugas). Cuando se tiene una válvula de 4 vías en posición abierta o cerrada, las líneas están presurizadas desde la unidad. Hasta el impiderreventones. Si existen fuga de fluido, se manifestar con una disminución de la presión en los cilindros hasta llegar a 2750 lpc, momento en el cual se encenderá la bomba eléctrica, para reponer la presión a 3000 lpc, apagándose nuevamente. Este encendido y apagado de la bomba perceptible muy claramente, es la señal de que su funcionamiento es anormal. Cuando se coloca la válvula de 4 vías en posición neutral, no hay presión en las líneas y por consiguiente no habrá la indicación de fuga, aun cuando existan conexiones fijas o válvulas de 4 vías defectuosas. El nombre de 4 vías deriva de su característica de 2 vías para abrir y 2 vías parar cerrar las impiderreventones. La presión disponible en ellas es ajustada median una válvula reguladora, la cual permite selecciona la presión de operación para los impiderreventones (normalmente de 1500 lpc).
Válvulas de 4 vías
Válv ul as B y P ass Esta válvula en posición cerrada (normal), independiza la presión en los cilindros (3000 lpc) de la presión disponible en la válvula de 4 vías (1500lpc). En posición abierta, comunica los cilindros con las válvulas de 4 vías, proporcionándoles a estos, una presión disponible de 3000 lpc.
Válvula By Pass
Líneas para acc ión r emo ta Como se mencionó anteriormente, la unidad acumuladora de presión puede accionarse remotamente y para ello posee líneas y transductores de señal de aire para cada una de las válvulas de 4 vías.
Tanques de viajes Es un tanque pequeño, calibrado, que permite la medición del fluido inyectado o recibido del pozo. Es la manera más precisa de medir la cantidad exacta de fluido que toma el pozo durante un viaje fuera del pozo o la cantidad de fluido desplazado durante un viaje de regreso al fondo del mismo. Existen diversos tipos de tanques de viaje. El de alimentación por gravedad incluye un pequeño tanque en el piso del taladro o en cualquiera sitio por encima de la línea de flujo y calibrado en fracciones de barril. Se requiere de una válvula para descargar fluido desde le tanque hacia el tubo campan (Bell Nipple), pór encima de la línea de flujo. La válvula se abre manualmente y se cierra luego. Cuando el hoyo esta lleno, y la cantidad de fluido usado se reporta, se registra y se compara con los cálculos del volumen teórico de llenado. Algunas versiones versiones más automatizadas automatizadas de este tipo tipo de tanques tanques de viaje tienen una bomba, accionada por el perforador, la cual utiliza el sensor de la línea de flujo para indicar cuando el hoyo está lleno. Apagándose la bomba en ese momento. Bom ba de llenado llenado Los tanques de viaje gravitacionales requieren una bomba centrifuga para trasegar el fluido desde los tanques de lodo. El sistema que posee el tanque de viajes incorporado a los tanques activos. Tal como los taladros para perforar en tierra, necesitan también de bombeo centrifugo pero, por encontrarse el tanque de viajes normalmente por debajo del nivel de la línea de flujo, el trabajo de estas bombas es llenar
el pozo. Cuando se está perforando, debe lavarse el tanque de viaje y verificarse el funcionamiento de las válvulas y bombas centrifugas. Calibración de los tanqu es de viajes Los tanques de viajes deben estar calibrados de forma tal que se pueda apreciar, con facilidad de verificar con exactitud, el volumen tomado o aportado por el pozo. Esto es con la finalidad de verificar con exactitud, el volumen tomado o aportado por el pozo. El sistema de medición universal es el flotador y regla graduada pero, algunos sistemas modernos incluyen sensores de nivel de fluido e instrumentos registradores (digitales o cartas).
Tanque de viaje y Forma de calibración
Separador de gas El separador de gas es otro componente del sistema de seguridad del taladro. Generalmente, los separadores de gas son la primera defensa para prevenir que el gas inunde la localización. Estan constituidos por un cilindro
abierto conectado con la salida del múltiple de estranguladores e instaldo sobre o al lado de los tanques activos. Las grandes cantidades de gas que acompañan, en ocasiones a una arremetida, se separan del fluido después del estrangulador y este gas es manejado por el separador. Este permite que el gas libre, que se desprende del fluido, abandone el sistema hacia la atmosfera o se envié hacia un quemador.
Separador de gas
Sistem a de separación La parte interna del separador posee una cámara especialmente diseñada, por donde pasa el fluido proveniente del múltiple de estranguladores provocando que las burbujas de gas se desprendan del fluido L ín ea d e v en teo Es la línea conectada a la salida superior del separador de gas, la cual dirige el gas fuera del área de operaciones. El gas así liberado, sale por la parte superior del separador y se envía a través de líneas, fuera de los linderos de la localización, (taladros en tierra) o se descarga a la atmosfera, a la altura de la cornisa de la cabria (taladros para operaciones acuáticas).
L ín ea al q ue m ad or Cuando se prevé la presencia de gas en el yacimiento a perforar, o en pozos exploratorios, se instala un “quemador” al final de la línea de venteo.
En localizaciones ubicadas en tierra, el quemador se instala al borde de una fosa destinada a la recolección del fluido que pueda salir junto con el gas. Su ubicación debe estar en la misma dirección del viento predominante y al menos a 100 pies del cabezal del pozo. Anclaje La línea al quemador debe estar anclado firmemente, para evitar su rotura o accidentes, cuando se está controlando un pozo. El anclaje puede ser permanente o con contrapesos prefabricados.
Piloto Se le da este nombre al extremo de la línea al quemador, el cual posee una llama continua o puede generar una chispa, para quemar el gas cuando se este desplazando del pozo
