DESAR ESARRO ROLL LLO O DEL SIST SISTEM EMA A DE IZAJ IZAJE E A TRA TRAVEZ DE LA EXPLICACION DETALLADA DE LOS DISTINTOS ELEMENTOS QUE
LO
CONFORMAN
PARA
EL
APRENDIZAJE
A
PROFUNDIDAD 1. INTRODU INTRODUCCI CCIÓN ÓN En las operaciones de perforación rotativa moderna, una de sus mayores funciones es perforar el pozo en forma segura hasta alcanzar los niveles objetivos productores de petróleo o gas. Estas operaciones de perforación son realizadas utilizando un moderno, alta altame mente nte sos sosti tica cado do y comp comple lejo jo equi equipo po de perfo perforac ració ión. n. Un equipo de perforación consta de cinco componentes principales que son: istema de izaje, sistema rotativo, sistema de circulación, sistema de potencia y sistema de preventores. En el presente trabajo se e!plicar" a detalle cada uno de los componentes y sus respectivas funciones #$%E&' (E $)'*E+.
2. ANTECED ANTECEDENTE ENTES S El desarrollo de la industria petrolera es un elocuente testimonio del af"n de superación del hombre y de su ingenio para resolver problemas y satisfacer sus necesidades, as de su facultad para hacer hacer del del capi capital tal priv privad ado o no solo solo un eci ecien ente te inst instrum rumen ento to de neg negoci ocios, os, sino sino tam tambi-n i-n un fact factor or de progr ogreso y biene ienest star ar colectivo.
i bien el petróleo ha sido conocido desde hace muchos siglos. u indu indust stri rial aliizaci zación ón real eal data ata de / a0os a0os atr" atr"s s a parti artirr de su desc descub ubrim rimie iento nto en los los esta estado dos s unid unidos os,, en las las cerc cercan ana as s de un peque0o centro de e!plotación forestal en la parte occidental de 1ensilvania, ocurrió el 23 de agosto de 234 un acontecimiento que produjo esta nueva era. 'quel s"bado caluroso en horas de la tarde 5illiam b. mith y su hijo retiraron el barreno de un pozo que estaban perforando con el objeto de saber hasta que profundidad haban llegado en su tarea tarea,, habi habi-n -ndo dole les s dado dado la medi medici ción ón anter anterio iorr 67 metr metros os,, con con sorp orpresa obser bserva varron que que a poca oca dis distanc tancia ia de la supe uperc rcie burb burbuje ujeab aba a un liqu liquid ido o oscu oscuro ro acei aceito toso so.. Util Utiliz izand ando o una bomb bomba a com8n lograron e!traer varios tambores de petróleo y a la puesta del sol, acompa0ado de una muestra de este el viejo mith monto en su mula ula y se diri irigió gió al vec vecino pueb pueblo lo de titu titus svill ville e para para pregonar la noticia de que el sue0o del coronel (ra9e se haba realizado. (os (os a0os a0os ante antes s Edi Edin n l. (ra9 (ra9e e hab haba a visi visita tado do esa esa zona zona para para dete determ rmin inar ar la posi posibi bili lida dad d de prod produc ucir ir petr petról óleo eo en las las tier tierras ras pertenecientes a la 1ensilvania roc9 ;il
esel al que se le atribuye muchos historiadores la idea de perforar en busca de petróleo pero fue (ra9e quien planeo y superviso la memorable operación. 1or los rastros de aceite que haba observado en un arroyo, (ra9e fue inducido a creer en la e!istencia de grandes
cantidades de petróleo en cavidades subterr"neas y juzgo que sera factible la perforación de pozos a trav-s de las rocas que las cubren. En la primavera de 234 inicio las e!cavaciones que resultaron muy lentas y debido a la cantidad de roca encontrada el m-todo del
pico
y
la
pala
fue
abandonado.
3. PLANTEAMIENTO PLANTEAMIENTO DEL PROBLEM PROBLEMA A 3.1 Prob Probl l!" !"#$ #$%& %& 'r$(% 'r$(%$' $'&l &l ?a falta de conocimiento de los componentes y funcionamiento del sistema de izaje.
3.2 Prob Probl l!" !"#$ #$%& %& )%* )%*(+& (+&r$ r$& & @ ?a cons constru trucc cció ión n de la maqu maquet eta a para para la e!pli !plica caci ción ón del del tema. @ ?a falta de información para la elaboración del tema.
,. OBJ OBJETIV ETIVOS OS ,.1 ,. 1 Ob Ob- -#$ #$o o Pr$( Pr$(%$ %$'& '&ll %ener %ener conocimientos y conceptos cabales de lo que es un sistema de izaje.
,.2 Ob-#$o) )'%/0%o) •
•
E!plicar con varias herramientas el funcionamiento del sistema de izaje.
•
(eterminar la importancia del sistema de izaje.
. J*)#$0%&%$( .1J*)#$0%&%$( O'r&#$& =racias al funcionamiento de nuestra maqueta podemos mostrar las funciones del sistema de izaje y su importancia en el proceso de perforación.
.2J*)#$0%&%$( E%o(!$%&
adquirir
equipos
necesarios
y
ecientes
para
su
instalación .
.3J*)#$0%&%$( #%($%&
4. M&r%o Tr$%o El sistema de izaje de un equipo de perforación rotativo comprende b"sicamente de las siguientes partes: • • • • • • • • •
?a principal función del sistema de izaje es lograr bajar y sacar del pozo herramientas tan r"pida y económicamente posible ABig 2C En las operaciones convencionales de perforación, el trepano se desgasta a intervalos frecuentes, requiriendo esto que sea sacado del pozo y reemplazado por otro. 1ara esto hay que sacar y bajar toda la sarta de perforación. a esta operación se le llama #carrera+. En la perforación de pozo someros, el n8mero de carreras ser" menor comparado con la perforación de pozos profundos y que pueden tener formaciones mas duras. ' n de minimizar el tiempo y costo de estas carreras la sarta de perforación puede ser sacada desenroscando de tres en tres piezas tubulares y almacenarlas en la torre. ' estas tres piezas se les llaman #tiros+.Big 6
' continuación, describiremos cada una de las partes que compone el sistema de izaje.
Bigura 2. ?a sarta de perforación del pozo
Bigura 6 partes del sistema de izaje
4.1 C*&+ro + !&($obr&) El cuadro de maniobras es la pieza clave en un equipo de perforación.
embragues,
cadenas,
ruedas
dentadas,
reguladores y otros controladores por medio de los cuales la potencia del equipo se dirige hacia una operación en particular.
@
'o#(%$&
5
r&(6o
+
'ro7*(+$+&+
+
'r7or&%$(. Este rango de profundidad especica con que
di"metro
de
barras de
sondeo
se puede alcanzar
dicha
profundidad. ?a potencia requerida por el cuadro de maniobras para izar la sarta de perforación est" dada por la siguiente formula:
8P9
W ∗V 33000
:
1 e
(onde 5 1eso en el ganchoAlbC > >elocidad de izaje de la polea viajeraF
f t min
G
77,/// ft@lbHmin por caballo de fuerzaAI1C e factor de eciencia desde el gancho hasta el
Bigura 7.
4.2 TORREZ O MASTILES %ienen la función de proveer el suciente espacio para sacar y sacar la sarta de perforación del pozo, durante las operaciones de perforación. 's mismo tendr" la suciente resistencia para realizar esta tarea de una manera segura y conveniente, ?as
torres
generalmente
son
construidos
en
secciones
estructurales que se unen mediante pesadores. Esto agiliza el montaje y desmontaje si comparamos las torres. En equipos medianos o peque0os los m"stiles pueden ser construidos para ser izados en forma telescópica.
Es una estructura de acero con capacidad para soportar todas las cargas verticales , cargas e!cedentes y el empuje por la acción del viento . ?a longitud de estos vara de 6J a 3K m y soportan cargas est"ticas de 263 a 2,3// tons . 1or su construcción se
dividen en: Bigura 3. &"stiles por su construcción
CM =
Carga suspendida ( Cs ) x Número delíneascorona ( N ) Eficiencia ( E ) x Número delíneasen polea viajera
L1eso
de coronaA1cC
L1eso polea viajera A1pvC AnC(onde: E
Bigura M . &"stiles
4.3 SUBESTRUCTURA ?a subestructura se construye de acero estructural y las cargas que debe soportar son superiores a las que soporta el m"stil, ya que adem"s de soportar al m"stil con su carga, soporta al malacate, a la mesa rotaria, el piso de trabajo y debe tener una altura suciente para permitir la instalación del conjunto de pre ventores y la lnea de Dote.
4., CORONA DE LA TORRE
di"metro.
son
de
acero
moldeado
que
giran
independientemente, montadas en un eje mediante cojinetes a rodillos, est"n localizados en una estructura que se instala en la c8spide de la torre. El
n8mero
de
poleas
depende del n8mero de lneas de cable que se desea utilizar y en todo caso es superior en una unidad
al
poleas
de
viajera.
n8mero El
la
de
polea
di"metro
e!terior de las poleas y sus gargantas est"n en función
de
la
capacidad
del
equipo
de
perforación.
Bigura K.
4. C&bl + 'r7or&%$( 1roporciona el medio de manipular las cagar suspendidas en el gancho durante las operaciones de perforación, normalmente el m"!imo peso ocurrir" cuando este bajando la ca0era o cuando se est-n realizando operaciones de pesca que e!ige jalar la sarta por encima del peso de la sarta de perforación.
El cable usado en los equipos de perforación, es fabricado juntando alambres met"licos de di"metros peque0os. iendo el cable un elemento vital en el sistema de izaje, se lo tiene que vigilar y hacer el esfuerzo de prolongar su vida. El servicio de este cable ser" incrementando colocando una porción nueva en los lugares de desgaste, as descubriremos el nuevo desgaste a lo largo de la lnea. Esto se lo consigue recorriendo cortando el cable despu-s de un determinado trabajo de toneladas milla calculando por diversos m-todos, llevando un riguroso registro del servicio del cable .
Bigura .
Bigura 4 .
4.4 POLEA VIAJERA Es un conjunto formado por carias poleas id-nticas cuyas gargantas son del mismo di"metro que el de la corona de la torre, estas giran independientemente gracias a los rodamientos de los rodillos montados en un eje dentro de un cuerpo constituido generalmente por una caja de chapa de acero
de gran espesor y muy resistente, que recubre casi por completo las poleas, dejando solamente, por razones de seguridad, los pasos indispensables para el cable de perforación. En la parte inferior se lleva un asa o un ojuelo en el que puede jarse el gancho. En la parte superior se tiene generalmente un amortiguador jo de caucho que evita el da0o al hacer una maniobra en falso chocando torre.
contra las poleas de la corona de la
B$=UN' 2/. 1;E?' >$'*EN'
B$=UN' 2/.2 1olea
4.; <&(%=o Es el medio por el cual se sostienen a los eslabones que en su e!tremo inferior portara el elevador que soportara tofo el peso de la sarta de perforación, e!isten modelos compactos que utilizan poleas viajeras y el gancho.
Bigura 22.=ancho
4.> E)l&bo() on unidades forjadas de una sola pieza de metal de alto grado de aleación, para proporcionar la m"!ima resistencia a la tensión, posee ojuelas en sus e!tremos, una para sostenerse en el gancho y la otra para sostener el elevador.
Bigura 26. Eslabones
4.? El&+or) on unidades que se conectan al e!tremo inferior de los eslabones, e!isten elevadores para maniobrar la sarta de perforación, para manipular ca0eras de diferentes di"metros
Bigura 27. Elevadores 6.10 M&l&%&#
Es el elemento que utiliza la energa del sistema de potencia para aplicarle una fuerza al cable de perforación. Esta provisto de un sistema de frenos para controlar la saltas cargas y un sistema de enfriamiento para disipar el calor generado por la fricción en las balatas. El tambor del malacate tiene un ranurado para acomodar el cable de perforación.
Bigura 2J. &alacate
TAMBOR PRINCIPAL Es el que transmite la fuerza al cable de perforación y realiza la acción de subir y bajar la polea viajera
CABRESTANTE on tambores colocados a ambos lados del malacate y son usados para realizar operaciones rutinarias.
FRENOS on unidades importantes ya que de ellos dependen parar el movimiento. el freno principal de un malacate es mec"nico del tipo de fricción. para reducir el calor generado por los frenos de fricción se utilizan frenos au!iliares que ejecutan una gran parte de la acción de frenar
6.11 EMBRA
e usa para acoplar mec"nicamente el tambor del elevador con la fuerza transmitida istemas de au!ilio de frenado
Bigura 2J.2.
Lo) @*$'o) !%"($%o) e utilizan un freno au!iliar del tipo hidromatico el cual trabaja e!pulsando agua en dirección opuesta a la rotación del tambor principal.
Lo) @*$'o) l%#r$%o) Unas frenos au!iliar del tipo electromagn-tico en el cual se generan dos campos magn-ticos opuestos cuya magnitud
dependen de la velocidad de rotación El sistema de frenos de fricción del carrete del malacate es importante para la correcta operación. us requerimientos generales son: @ eguridad y conabilidad. @ Efectividad. @ Bacilidad de mantenimiento.
?a seguridad y conabilidad, se obtiene con dise0os cuidadosos 1ara que un sistema de frenado sea efectivo debe tener las siguientes
caractersticas:
@ (ebe reducir la fuerza que debe ser aplicada para operar el freno. @ (ebe revelarse as mismo conforme el carrete empieza a girar en la dirección del levantamiento.
?a fuerza de frenado del malacate proporciona una ventaja mec"nica muy alta permitiendo que el frenado, a8n para grandes cargas, se realice con una fuerza manual razonable aplicada sobre la palanca de operación de freno. e dice que sin sistema de frenado est" bien calibrado, cuando el peso de la polea viajera es sostenido 8nicamente con el peso de la palanca.
D$!()$o() +l #&!bor l&+or
El +$"!#ro &nimo del tambor debe ser 6J veces mayor que el di"metro del cable
L& lo(6$#*+ +l %&rr# (eber" est" en función a una lnea de tubera, de manera que se maneje sin que la lnea enrollada en el carrete, sea mayor de tres camas. i e!iste m"s de tres camas ocurrir" una abrasión sobre el cable. 4.1.2 ENTRE OTROS USOS DEL SISTEMA DE IZAJE
El sistema de izaje tambi-n es importante y elemental para realizar otro tipo de operaciones como ser:
To(l&+& !$ll& ( l& 'r7or&%$( ?a tonelada milla del trabajo realizado durante la perforación est"n e!presados en t-rminos de trabajo realizado en hacer viajes
redondos o completos pesto que e!iste una cierta relación ilustrada en el siguiente ciclo de operaciones 'nalizando el ciclo de operaciones el trabajo realizado por el cable de perforación equivale a 7 viajes completos hasta el fondo.
TM OP
=3 (TM
>
VC D 2
−TM
>
VC D 1
)
?as carreras cortas o viajes cortos pueden ocurrir cuando se produce una falla en los componentes del sistema y sacamos la sarta de perforación hasta la supercie El trabajo realizado es igual a la diferencia entre dos viajes completos para las dos profundidades en cuestión
TM OP=TM VC > D 2−TM VC > D 1
TONELADAMILLA EN UNA PERFORACION DE CORONEO El trabajo ejecutado por el cable en las operaciones de tracción de n8cleos al que se hace para perforar analizando el ciclo de operaciones el trabajo realizado por cables de perforación a sacar testigo equivale a dos viajes completos
TM OP
=2 (TM
>
VC D 1
−TM
TONELADA
>
)
VC D 2
MILLA
PARA
BAJAR
LA
TUBERIA
DE
PRODUCCION 1ara bajar la tubera de producción sólo se baja con sondeo. Una vez anclado se recupera el sondeo, para calcular la tonelada milla, para bajarla tuberia de producción y recuperar el sondeo se debe proceder a calcular la tonelada milla como si fuese para un viaje completo y se considera el liner como si fuera una porta mechas. 1
1
2
2
TM OP= TM VC > D 1− TM VC > D 2 ¿
TONELADA
MILLA
PARA
BAJAR
LA
TUBERIA
DE
REVESTIMIENTO El procedimiento para tonelada milla para bajar ca0era del revestimiento se los realiza al igual que al bajar la tubera de perforación al pozo, por lo tanto, el trabajo realizado para bajar la ca0era del revestimiento ser" igual a la mitad del trabajo realizado durante la perforación del viaje completo para cambiar el trepano
1
TM C = ( TM VC > DC ) 2
=
TM C
( + )∗ Wm+ 4
1 D ! D 2
10560000
TONELADA MILLA EN OPERACIONES DE PESCA En una operación simple de pesca se realizan las siguientes operaciones. 2.?evantar la herramienta desde la profundidad de la cual ocurre la pesca. 6.Oajar el pescador hasta la profundidad a la cual no se haya embotada. 7.?evantar la herramienta una vez que se ha enganchado el pescado. 1or lo tanto, podemos ver que en cada operación se realiza en medios viajes completos.
7. Conclusiones
2. (el presente trabajo pudimos aprender cuales son los usos y aplicaciones del sistema de izaje como ser levantar la tubera de perforación . En las operaciones de perforación rotativa moderna, una de sus mayores funciones es perforar el pozo en forma segura hasta alcanzar los niveles objetivos
productores de petróleo o gas. Estas operaciones de perforación son realizadas utilizando un moderno, altamente sosticado y complejo equipo de perforación. 6. =racias a la realización de la maqueta pudimos profundizar el conocimiento sobre funcionamiento del sistema del izaje. 7. En el sistema de izaje es muy importante el adecuado dise0o y mantenimiento del cable de perforación durante la vida 8til del mismo 8. Bibliografía
%e!to
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'ne!os El sistema de izaje es un componente vital de un equipo de perforación. Este sistema suministra un medio por el cual se da movimiento vertical a la tubera que esta dentro del pozoW esto es, bajar y sacar la sarta de perforación y la %.N. ?os principales componentes de este sistema son: 6. istema de izaje B'
istema de izaje Elementos de 1erforación ?as torres convencionales son unas pir"mides de cuatro lados construidas en acero estructural y pueden ser port"tiles o jas. ?as jas est"n en desuso y las port"tiles se conocen como m"stil. Evolución de las torres de perforación.
ubestructura. ?a subestructura se construye de acero estructural y las cargas que debe soportar son superiores a las que soporta el m"stil, ya que adem"s de soportar al m"stil con su carga, soporta al malacate, a la mesa rotaria, el piso de trabajo y debe tener una altura suciente para permitir la instalación del conjunto de preventores y la lnea de Dote
E*E&1?;
<'O?E iajes para cambio de barrena. v $ntroducción de tuberas de revestimiento. v ;peraciones diversas Apesca, n8cleos, etc.C
