Contenido 1. INTRODUCCION ..................................................................................................................................... 2 1.
2.
LA TORRE O MÁSTIL .............................................................................................................................2 1.1.
TIPOS DE TORRE ................................................................................................................................. 3
1.2.
LAS PARTES DE UNA TORRE ............................................................................................................... 4
1.3.
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DEL MÁSTIL ............................................................................. 5
1.4.
EL EQUIPO QUE DEBE DE SER SOPORTADO POR LA TORRE O EL MÁSTIL MÁSTIL.......................................... 5
1.5.
ENCUELLADERO ENCUELLADERO .................................................................................................................................. 6
SUB – ESTRUCTURA ESTRUCTURA .............................................................................................................................. 7 9 2.1.
El equipo y las herramientas que tiene tiene que soportar soportar la subestructura............................................. 9
2.2.
Partes de la subestructura ............................................................................................................... 10
2.2.1. CONSOLA DE PERFORAR ................................................................................................................ 10
3.
LOS BLOQUES Y LA LINEA DE PERFORACION .............................................................................11 3.1.
SISTEMA DE POLEAS ......................................................................................................................... 12
3.1.1.
BLOQUE VIAJERO Y APAREJO ................................................................................................... 13
31.2. La corona ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ 15
4.
3.2.
EL GANCHO....................................................................................................................................... 16
3.3.
LOS ELEVADORES.............................................................................................................................. ELEVADORES.............................................................................................................................. 17
3.4.
CABLE DE PERFORACIÓN.................................................................................................................. 18
3.5.
ANCLA............................................................................................................................................... 21
MALACATE ............................................................................................................................................22 4.1.
COMPONENTES DEL MALACATE ...................................................................................................... 23
4.2.
Tambor Elevador .............................................................................................................................. 25
4.3.
CABRESTANTE .................................................................................................................................. 26
4.4.
FRENOS ............................................................................................................................................. 26
4.5.
EMBRAGUE....................................................................................................................................... 27
4.6.
TAMMBOR DE RESERVA (CARRETEL). .............................................................................................. 27
5.
CALCULOS................................................................................................................................................. 27
6.
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................................... 36
1
SISTEMA IZAJE 1. INTRODUCCION Aporta los medios para levantar y bajar la sarta de perforación, la tubería de revestimiento y otros equipos sub superficiales, para realizar conexiones y viajes 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 tubería tub ería que está dentro del pozo. Un sistema de izaje típico está conformado por: a) La torre o mástil. b) Sub - estructura. c) Los bloques y la línea de perforación d) Malacate
1. LA TORRE O MÁSTIL Una torre estándar es una estructura con cuatro patas de apoyo que descansan sobre una base cuadrada. Estas son usadas en pozos de tierra, pero ahora es más común usarse en localizaciones l ocalizaciones mar adentro. El mástil es ensamblado una sola vez cuando es fabricado Luego de ser ensamblado, el mástil se mantiene como una sola unidad y se eleva y se baja como una sola pieza cada vez que se perfora un pozo. La longitud de estos varía de 24 a 57 m y soportan cargas estáticas de 125 a 1,500 ton. Por su construcción se dividen en: Voladizo Plegable Telescopio 2
PLEGABLE
VOLADIZO
TELESCOPIO
Cuando la sarta de perforación se extrae del agujero, se le saca en secciones de 3 tubos, estas secciones de tres tubos se llaman lingadas, las cuales miden aproximadamente 30 pies p ies ó 27 metros y se pueden acomodar en una instalación que mida 136 pies (42 m). Su altura es un indicador de la habilidad de maniobrar las secciones de tubería.
1.1. TIPOS DE TORRE La gente de la industria petrolera agrupa las torres en: a)
Torre de perforación en tierra .- Este tipo de torres es la más común y esta
diseñado para perforar pozos solo en tierra, son las torres de perforación más comunes. Estas torres son construidas de diversos tamaños según la profundidad a la que se quiere llegar. Potencia y profundidades 3
Las torres de potencia ligera perforan pozos de 3000 a 5000 pies (1000 a 1500 metros). Las torres de mediana potencia perforan pozos de 4000 a 10000 pies (1200 a 3000 metros). Las torres de gran potencia perforan pozos de 12000 a 16000 pies (3500 a 5000 metros). Las torres de potencia ultra pesadas perforan pozos de 18000 a 25000 pies (5500 a 7000 metros). Los operarios pueden transportar los equipos de perforación en camiones, tractores, traileres, barcazas, helicópteros, dispositivos pesados rodantes y en raras ocasiones en equipos especiales de aire comprimido. Los equipos de perforación ligera son fáciles de mover. Mientras más potencia tenga la torre más difícil se hace su traslado, aunque también la topografía de donde se quiere perforar es un factor de mucha importancia para el traslado del equipo y por lo tanto también para el costo b) Torres auto elevadizas .- Esta torre está diseñada para hacer perforaciones costa afuera, tiene pilares que soportan la cubierta y el casco, cuando se coloca en el lugar de la perforación la base de los pilares se apoya en el fondo del mar. Las plataformas auto elevadizas pueden perforar en aguas que va desde algunos pies o metros hasta los 400 pies o 120 metros de profundidad. A menudo los barcos remolcan las plataformas auto elevadizas con sus pilares retraídos hacia arriba, una vez que la plataforma está levantada los operarios consiguen anclar los pilares firmemente en el fondo del océano y ajustan y nivelan el fondo de la cubierta del fondo y el casco.
1.2.
LAS PARTES DE UNA TORRE
Travesaños.- Son las partes estructurales que conectan y soportan los 4 pies derechos de la torre.
Contravientos.- Son las partes más utilizadas para fortalecer la torre, estos son refuerzos propios entre los travesaños por lo que la torre debe también diseñarse para soportar el empuje máximo del viento al cual estará expuesto, los contravientos pueden soportar vientos de 161 a 209 km/h.
Peine.- Es un apoyo donde se colocan las tuberías para bajarlas al pozo ó sacarlas del mismo. Plataforma superior.- La plataforma superior suministra un lugar seguro para trabajar alrededor del caballete porta poleas.
Plataforma de trabajo.- Es el área donde se ponen los tubos de perforación y sirve para colocar al obrero encargado para manejarlo cuando se saca ó se inserta en el pozo las tuberías. 4
Pie derecho.- Los pies derechos de la torre son los miembros estructurales más importantes, la distribución de cada pie derecho de la torre en un área relativamente grande se logra utilizando una base que tenga el área necesaria para cada esquina de la subestructura.
1.3.
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DEL MÁSTIL
Las consideraciones que se deben tomar en cuenta para el diseño del mástil son las siguientes: Deberá soportar el empuje máximo por la velocidad del viento Otra consideración que hay que tomar en cuenta en el diseño de la instalación es la altura. La torre y su subestructura deben soportar el peso de la sarta de perforación en todo momento, mientras la sarta está suspendida del bloque de la corona y cuando está descansando en la mesa rotaria. La altura de éstas no influye en la capacidad de carga del mismo, pero sí influye en la altura de las secciones de tubos (lingadas) que se puedan sacar del agujero sin tener que desconectarlas. Esto se debe a que el bloque de la corona debe tener la suficiente altura de la sección para permitir sacar la sarta del agujero y almacenarla temporalmente en el peine de la changuera, cuando se le saca para cambiar la barrena o para alguna otra operación.
La capacidad del mástil (CM) se obtiene con la siguiente fórmula: Las torres o mástiles se clasifican de acuerdo a su capacidad para soportar cargas verticales
1.4.
EL EQUIPO QUE DEBE DE SER SOPORTADO POR LA TORRE O EL MÁSTIL
La corona. Es una plataforma localizada en la parte superior de la torre o el mástil, donde está también el lugar para el bloque de la corona.Es el medio por el cual se transmite el peso de la sarta de perforación a la torre. En la corona o parte superior de la torre se encuentra una serie de poleas que forman el bloque corona o fijo, el cual sostiene y da movilidad al bloque viajero. Sus componentes son: 5
Bancadas.- Son placas de soporte del eje de la corona Ejes.- Son ejes de fijación de los rodamientos. Rodamientos.- Pueden ser a rodillos, bolillas, cono-cubeta, etc. Que permiten el giro de poleas con fricción muy baja. Poleas.- Permiten el deslizamiento de cables y los mantienen en posición.
Configuraciones:
Las coronas pueden tener diversas configuraciones, de acuerdo al equipo, modelo, etc. Pueden estar armadas en uno o varios ejes, con diversos sistemas de bancadas, tipos de rodamientos, distintos tamaños de poleas, etc. En general, la última polea, sobre la línea que va el tambor, o línea rápida es de mayor diámetro que las demás
La changuera. Es una plataforma de trabajo localizada arriba del piso de perforación de la torre o el mástil, el cual soporta al personal que trabaja en ella para poner de pie la tubería de perforación y los lastrabarrenas durante las operaciones de perforación.
Rampa de tuberías. La rampa en la parte frontal de la torre o el mástil donde la tubería es elevada y puesta en el piso de perforación, cuando se adhieren secciones de tuberías.
Contrapozo. El hoyo en el suelo está localizado debajo del piso de perforación el cual provee una altura adicional entre el piso de perforación y del cabezal de la TR para poder acomodar los preventores.
1.5.
ENCUELLADERO
Plataforma de trabajo ubicada al lado de la torre. Es donde el encuellador coloca las parejas de tuberías y barras durante la sacada y metida de tuberías del hoyo (viajes).
6
ENCUELLADERO
2. SUB – ESTRUCTURA La subestructura es un gran armazón de acero que es ensamblada (armada, montada) directamente en el sitio de perforación. La subestructura sede los espacios necesarios para los equipos y personal de trabajo bajo el piso de la plataforma de dicha subestructura. Ese espacio necesario dependerá del El mástil o torre se levantan sobre una infraestructura que sirve para dos propósitos principales: Soportar el piso de la instalación, así también proveer del espacio para el equipo y empleados. Proveer del espacio debajo del piso para enormes válvulas especiales llamadas preventores
La subestructura No solo soporta el peso de la mesa rotaria, sino el peso completo de la torre, el equipo de izaje, la mesa rotatoria y la sarta de perforación (incluyendo latubería de perforación, los lastrabarrenas, etc.) cuando la sarta está suspendida en el agujero por lascuñas. También soporta una sarta de tubería de revestimiento cuando la tubería se está instalando enel agujero utilizando las 7
cuñas que van asentadas dentro de la mesa rotaria o cuando sé estaalmacenando a la tubería temporalmente en la subestructura. El piso de la instalación también sostiene al malacate, los controles del perforador, etc. La base de la subestructura descansa directamente sobre el piso a perforar. El equipo de perforacióncuenta con una plataforma de trabajo en la parte más alta de la subestructura, la cual es denominadapiso de perforación. La subestructura se eleva de 3 a 12 metros sobre el suelo. El elevar el piso deperforación deja un espacio bajo la torre para las válvulas especiales de alta presión (preventores) yotros equipos, que la cuadrilla conecta a la cima del pozo. La altura exacta de una subestructuradepende del espacio que se necesite para colocar estos equipos. Debemos recordar que algunasveces se hacen contra pozos (sótanos) que proveen de mayor espacio para el equipo.
Un tipo de subestructura es la “caja sobre caja ”, usando camiones y grúas móviles, lacuadrilla estiba un marco de acero sobre otro hasta alcanzar la altura deseada. Otro tipo desubestructura que es mucho más moderna es la auto elevable o tipo “slingshot”, donde los miembrosde la cuadrilla la posicionan en el lugar donde será levantada, en este momento se encuentra doblada, después activan unas palancas que accionan un mecanismo de elevación para queésta se desdoble y levante a su altura máxima. La subestructura tipo slingshot, se eleva mucho más rápido que la caja sobre caja. Cualquiera que sea el tipo de subestructura, ésta tiene queser muy fuerte, por todos los pesos que soporta.
SUBESTRUCTURA CAJA SOBRE CAJA
8
SUBESTRUCTURA SLINGSHOT DOBLADA
2.1.
El equipo y las herramientas que tiene que soportar la subestructura
La mesa rotatoria: es lo que le da el nombre a la perforación rotatoria. Es de acero y muy pesada, tiene generalmente forma rectangular. Recibe la energía del malacate mediante la cadena de transmisión de la rotaria. Produce un movimiento que da vuelta para que la maquinaria la transfiera a la tubería y a la barrena. Un motor eléctrico y los trabajos del aparejo accionan el poder de esta.
Los malacates. Es el mecanismo de izaje del ensamble de perforación. Sistema de transmisión de la rotaria . Transmite el poder del malacate a la mesa rotaria Consola del perforador. Centro de instrumentación de la perforación rotaria. Las llaves de apriete y el agujero de ratón . Usadas para el apriete de las tuberías de perforación, lastra barrenas, TR, etc., para su conexión o desconexión.
La casa del perro . Es un cobertizo chico usado como oficina del perforador y donde se guardan las herramientas pequeñas.
9
2.2.
Partes de la subestructura
1.
Mesa rotaria
2.
Transmisor de potencia
3.
Malacate
4.
Consola del perforador
5.
Herramientas para hacer conexiones de tuberías
6.
Agujero para depositar tubos para hacer la conexión
7.
Ratonera
8.
Caseta del perforador
9.
Rampa para tubería
10.
Pasadizo para tuberías
11.
Gato hidráulico
2.2.1. CONSOLA DE PERFORAR
Constituye un accesorio que permite que el perforador tenga una visión general de todo lo que esta ocurriendo en cada uno de los componentes del sistema: presión de bomba, revoluciones por minuto de la mesa, torque, peso de la sarta de perforación, ganancia o pérdida en el nivel de los tanques, etc La consola mide normalmente la información que viene de: Bombas de lodo. Presión de bomba. Torque a la rotación. Velocidad de rotación. Momento de torque de tenazas. Peso suspendido (nos interesa) Tenazas para enroscar y desenroscar tuberías.- Son grandes llaves usadas para girar secciones de tuberías, portamechas, cañerías, etc., para conectar y desconectar secciones.
10
Hoyo del Ratón.- Es un hoyo revestido proximo a la mesa rotaria, donde una junta de tuberías es colocada para desconectarla del cuadrante (kelly) y del sistema de perforación. Ratonera (rathole).- Es un hoyo revestido situado cerca de la parte de la torre o mastil, donde el cuadrante (kelly) es colocado mientras se hace un viaje (trip). Caseta del perforador .- Es pequeña, usada como oficina del perforador y para almacenar pequeños artículos. Rampa de tuberías ( piperamp).- Es una rampa inclinada donde son colocadas las tuberías antes de alzarlas al suelo del equipo de perforación. Pasillo de tuberías (catwalk).- Es un pasillo entre la tarima para tuberías y la base de la rampa de tuberías, cerca al equipo de perforación, donde están las tuberías antes de ser colocadas en la rampa de tuberías. Gato
hidráulico
(hydrauliccathead).-
Usado
para
hacer
conexiones
y
desconexiones cuando grandes tuberías o portamechas son agregadas al sistema o removidas durante un viaje sobre o afuera del pozo.
3. LOS BLOQUES Y LA LINEA DE PERFORACION
BLOQUES Y LINEA DE PERFORACION
La polea viajera y el gancho, el bloque de la corona, los elevadores, y el cable de perforación, constituyen un conjunto cuya función es soportar la carga que está en la torre o mástil, mientras se introduce o extrae del agujero. Durante las operaciones de perforación, esta carga al gancho, consiste en la unión giratoria, la flecha o Kelly, la tubería de perforación, los lastrabarrenas y la barrena. Durante las operaciones de cementación, también tiene que soportar el peso de una sarta de tubería especial llamada tubería de revestimiento, muchas veces, esta es una carga más pesada que toda la sarta. 11
Como sucede con casi todas las partes de la instalación de la perforación rotatoria, los bloques y el cable de perforación deben ser suficientemente fuertes para poder soportar pesos tan grandes. También debe de eliminarse la fricción entre los bloques hasta donde sea posible, mientras que se mantiene la fuerza deseada, por esto son importantes unos buenos cojinetes y una buena lubricación.
El cable de perforación esta generalmente construido con cable de acero de 1 1/8 a 1 ½pulgadas (2.86 a 3.81 cm) de diámetro. El cable de acero, se fabrica a su vez de alambres de acero,este también requiere lubricación debido al movimiento constante de los alambres dentro del cable de acero, ya que unos van rozando contra otros mientras el cable viaja a través de las poleas en el bloque de la corona y de la polea viajera. Ya que es un artículo que se desgasta y se tiene que reponer, puede ser un gasto apreciable en cualquier instalación.
3.1.
SISTEMA DE POLEAS
El sistema de poleas nos permita reducir la fuerza requerida para sacar o meter la tubería
12
El equipo de perforación deberá evaluarse en su sistema de poleas para asegurar que cumpla con los requerimientos de seguridad. Las especificaciones para los factores de seguridad son:
3.1.1. BLOQUE VIAJERO Y APAREJO
El bloque viajero es una pieza muy robusta que puede pesar entre 1,7 y 11,8 toneladas y tener capacidad de carga entre 58 y 682 toneladas, según sus dimensiones y especificaciones. Para obtener mayor ventaja mecánica en subir o bajar los enormes pesos que representan las tuberías, se utiliza el aparejo o polipasto.
13
Del carrete de abastecimiento se pasa el cable de perforación por la roldana de la polea del cuadernal de la cornisa y una roldana del bloque viajero, y así sucesivamente hasta haber dispuesto entre los dos cuadernales el número de cables deseados. La punta del cable se ata al carrete del malacate, donde luego se devanará y arrollará la longitud de cable deseado. Este cable -del malacate a la cornisa- es el cable vivo o móvil, que se enrolla o desenrolla del malacate al subir o bajar el bloque viajero. Como podrá apreciarse el cable vivo está sujeto a un severo funcionamiento, fatiga y desgaste. El resto del cable que permanece en el carrete de abastecimiento no se corta sino que se fija apropiadamente en la pata de la cabria. Este cable -de la pata de la cabria a la cornisa no se mueve y se le llama cable muerto; sin embargo, está en tensión y esto es aprovechado para colocarle un dispositivo que sirve para indicar al perforador el peso de la tubería. Cuando por razones de uso y desgaste es necesario reemplazar el cable móvil, se procede entonces a desencajarlo del malacate, cortarlo y correrse el cable entre la polea fija y el bloque viajero, supliendo cable nuevo del carrete de almacenamiento. Generalmente, el número de cables entre el bloque fijo y el bloque viajero puede ser 4, 6, 8, 10, 12 o más, de acuerdo al peso máximo que deba manejarse. También debe tomarse en consideración el número de poleas en la cornisa y el bloque, y además el diámetro del cable y la ranura por donde corre el cable en las poleas. Forma parte del bloque viajero un asa muy fuerte que lleva en su extremo inferior, del cual cuelga el gancho que sirve para sostener la junta giratoria del sistema de rotación durante la perforación. Del gancho cuelgan también eslabones del elevador que sirven para colgar, meter o sacar la tubería de perforación. El funcionamiento y trabajo del aparejo puede apreciarse por medio de los siguientes conceptos:
14
Cuando se levanta un peso por medio del uso de un aparejo sencillo de un solo cable, el cable móvil es continuo. La velocidad de ascenso es igual en el cable que sujeta el peso y en el cable que se arrolla en el malacate. De igual manera, la tensión, descartando fuerzas de fricción, es igual en ambos cables. El porcentaje de eficiencia de este simple sistema es 100%, lo cual puede comprobarse por la fórmula:
E= 1/1,04N-1
Donde N representa el número de cables entre el bloque fijo y el viajero.
31.2. La corona
Es una serie de poleas fijas colocadas en la parte superior del mástil. El número de poleas está determinado por el peso que este deberá levantar. Las poleas son fabricadas de acero de manganeso templado a fuego y/o de acero de aleación especial. 15
Hay dos características importantes que se deben tener presentes: El radio de las ranuras de las poleas, por donde deberá correr el cable, tiene que coincidir con el diámetro externo del cable. El diámetro de la superficie del rodamiento es muy importante para juzgar si el cable y la polea podrán funcionar bien en conjunto.
Configuraciones:
Las coronas pueden tener diversas configuraciones, de acuerdo al equipo, modelo, etc. Pueden estar armadas en uno o varios ejes, con diversos sistemas de bancadas, tipos de rodamientos, distintos tamaños de poleas, etc. En general, la última polea, sobre la línea que va el tambor, o línea rápida es de mayor diámetro que las demás.
3.2.
EL GANCHO
El gancho es una gigantesca pieza de conexión suspendida del bloque viajero, que sirve para agarrar las diferentes piezas del equipo necesarias para perforar y para hacer viajes redondos. El gancho gira sobre cojinetes en su caja de soporte y puede fijarse hasta en doce posiciones distintas. Un fuerte resorte dentro del gancho amortigua el peso de la tubería para que las roscas de las uniones no se dañen al enroscarlas o desenroscarlas. Tiene un cerrojo de seguridad para la unión giratoria y orejas a ambos lados para agarrar los eslabones del elevador. Algunos tienen accesorios especiales como amortiguadores para absorber los choques y evitar que la tubería rebote, conexión de pasador flexible para eliminar la carga desigual sobre las orejas del elevador, posesionador opcional que hace girar al elevador hasta la posición requerida y también impide que el gancho y el elevador giren cuando se enrosca tubería .
16
La potencia requerida (HP) al gancho para levantar una determinada carga, se calcula con:
3.3.
LOS ELEVADORES
Es un mecanismo de bisagra que se cierra alrededor de la barra de sondeo u otros componentes (por ejemplo el trozo elevador) para facilitar el levantamiento o la bajada de los mismos en la boca de pozo. Se sostiene del aparejo a través de las amelas. Elevador a tope Elevador spider 17
3.4.
CABLE DE PERFORACIÓN
Cable de acero que es enrollado en el tambor del malacate, montados en las poleas de la corona y bloque viajero y sujeto a un extremo al ancla de la linea muerta. La confección, consiste en armar alambres de menor diámetro en madejas que luego se entrelazan en un especie de trenzas, envueltas en forma de espiral alrededor de un alma. La trama de un cable describe la dirección en la que los alambres y los torones están envueltos uno del otro. Es el tipo de construcción del cable. El trabajo principal que desarrolla un cable es: Durante la perforación. Viajes para cambio de barrena. Introducción de tuberías de revestimiento. Operaciones diversas (pesca, núcleos, etc.) La resistencia de un cable depende de: su construcción, la resistencia del material y de su
diámetro. Dependiendo de su construcción los cables se clasifican en: El cable más utilizado en la industria petrolera tiene una clasificación 6 x 19
SEALE con centro de cable independiente. El número 6, se refiere al número de torones que rodean al alma de cada acero independiente; el número19, indica que cada toron tiene 19 alambres. El diseño SEALE nos indica el número de alambres internos y externos del toron. El API clasifica los cables como se indica a continuación: De acero ranurado extra mejorado (EIPS) De acero ranurado mejorado (IPS) 18
De acero ranurado (PS) De acero ranurado suave (MPS)
TIPOS DE CABLES DE PERFORACION
El diámetro correcto del cable es el del círculo circunscrito tangente a todos los torones exteriores como se muestra en la figura. Paramedir el diámetro en la forma correcta se recomienda el uso de un calibrador en la forma indicada. El cable es un elemento de transmisión entre el sistema de potencia y el trabajo de levantamiento del aparejo y durante su operación es sometido a: rozamiento, escoriado, vibrado, torcido, compresión y estirado; razón por la cual se debe aplicar un factor de seguridad en su diseño. El API proporciona los siguientes factores:
19
El cable debe ser movido periódicamente para que se desgaste igualmente por todos lados, el procedimiento para cortar el cable desgastado debe tomar en cuenta el uso o trabajo rendido por
el cable, éste desgaste es determinado por el peso, distancia y movimiento de un cable viajando sobre un punto dado. Durante la vida operativa de un cable es necesario estar revisando su desgaste. La práctica más común es calcular el número de toneladas – kilómetro (TK) de trabajo realizado por el cable. Una tonelada - kilómetro se define como
el tr abajo r eali zadopor el cable para l evantar 1 Ton de peso a
. lo l argo de 1 Km Los principales factores que afectan el desgaste del cable son: los viajes redondos, la corrida de la T.R. y la perforación. Las tons – Km se obtienen con la siguiente ecuación:
Para poder utilizar el cable de acero como cable de perforación, debe ser enhebrado, ya que llega a la instalación enrollado sobre un tambor alimentador de madera. El primer paso que se lleva a cabo para enhebrar el cable es tomar el extremo del cable y subirlo hasta la cima del mástil o la torre en la corona.. El cable de perforación se enhebra por una de las poleas y se baja hasta el piso de la instalación. Temporalmente descansando sobre el piso de la instalación se encuentra otro juego enorme de poleas llamado el bloque viajero o polea viajera. El extremo del cable se enhebra por una de las poleas de éste y se sube nuevamente hacia el bloque de la corona. Ahí el cable se enhebra nuevamente por otra polea de la corona, se vuelve a bajar y se le desliza nuevamente hasta la polea viajera donde se vuelve a enhebrar.
20
La principal función de un cable de perforación conjuntamente con otros componentes(poleas) del sistema de izaje es la de dar una ventaja mecánica (Vm) para levantar o bajar la sarta de perforación. Si la tensión en la línea viva que está unida al malacate se define como Tf, entonces la ventaja mecánica es:
3.5.
ANCLA
Este accesorio consiste en un tambor de giro libre con brazo de palanca, en el tambor se enrolla en cable de operación dando de dos a cuatro vueltas, el extremo libre que viene del carrete de reserva, se fija al ancla mediante una grapa con estrías de fricción sujeta con seis tornillos al brazo de palanca. Todo este conjunto se acopla a su base respectiva con un perno de alta resistencia; existen varias marcas y el tipo de cada una de ellas se combinara con el indicador de peso y diámetro de cable que esté utilizando el equipo. Tipos de anclas: Ancla national tipo “eb” con diafragma “martíndecker” – 890, para indicador tipo “e” o “eb” rango en la línea muerta 90,000 lb; diámetro del tambor 28 pg; peso 1,400 lb para medidas de cable de 1¼, 1 3/8 y 1 ½ pg con indicador tipo “e” y 1 ½ a 1 5/8 con indicador tipo “eb” (equivale
herculesmod. 131). Ancla national tipo “d” con diafragma “martíndecker” e – 80,
para usarse con indicador de peso
tipo “d” rango en la línea muerta 60,000 lb; diámetro del tambor 24 pg; peso 1,080 lb recomendada
para medidas de cable de 1, 1 1/8, 1 ¼ pg (equivale hercules mod.129). 21
Ancla national tipo “f” con diafragma “martíndecker” e– 160-a,
se instala para indicadores del tipo
“fs”; rango en la línea muerta 40,000 lb; diámetro del tambor 16 pg; peso 385 lb recomendada para
medidas de cable de 7/8, 1, 1 1/8 y 1 1/4 pg (equivale herculesmod. 118). Ancla national tipo “g” con diafragma instalado “martíndecker” e– 190 para usarse con indicador de peso tipo “g”; rango de capacidad en la línea muerta 30,000 lb; diámetro del tambor 10 pg;
peso
160 lb para medida de cable recomendado de 5/8, 3/4, 7/8 y 1pg (equivale hércules mod. 117) La instalación de la anclas se realiza de acuerdo a su tipo, las E y D se instalan en el piso de la subestructura o en la parte izquierda de esta, en el lado izquierdo cuando el guarnido del cable se va a realizar a la izquierda, y del lado derecho cuando el guarnido se hará a la derecha. El tipo FS se instala en la parte media de la pierna izquierda del mástil El tipo G se instala en el piso del remolque del malacate. El tambor del ancla se fabrica con ranuras en el cuerpo de enrollado acordes con el diámetro del cable que utilizará, con el fin de obtener un buen enrollado y evitar daños prematuros.
En el extremo del brazo palanca se instala un diafragma (censor) que transmite la fuerza al indicador de peso cuando se efectúa un movimiento de carga (tensión) por medio de un fluido que circula a través de una manguera de alta presión al momento de comprimirlo; el censor está instalado en el ancla con pernos que sujetan un extremo al brazo de palanca del tambor móvil y el otro a la base fija. El ancla trabajará y activará al diafragma efectuando un jalón en el cable de operación del malacate, transmitiéndolo a la línea muerta y esta, activa el brazo de palanca del censor comprimiendo al fluido y enviando la señal de carga hacia el indicador de peso.
4. MALACATE El malacate es la pieza principal del equipo, es grande y pesado, consiste de un tambor que gira sobre un eje alrededor del cual se enrolla un cable de acero, llamado cable de perforación. También tiene un eje que atraviesa el malacate y que tiene 2 tambores que giran en cada extremo de este eje. 22
El tambor principal es accionado por dos transmisiones, una de baja y otra de alta, resultado de un total de 6 velocidades diferentes. Cada acople o desacople de marcha se efectúa mediante un embriague mecánico o neumático. En el tambor principal se inicia el sistema de elevación de cargas mediante el cable de perforación. El tambor auxiliar, donde se utiliza un cable de menor diámetro, se utiliza para bajar al pozo herramientas livianas en forma rápida. En ambos extremos van montados carretes, una para operaciones de enrosque y desenrosque y el otro para izar herramientas de la planchada al piso del equipo. Todos los ejes van montados sobre rodamientos radiales, ubicándose en aquellos los elementos de transmisión, acoples, etc. Todas las transmisiones de cadenas o engranajes trabajan lubricadas permanentemente. El Tambor principal posee un freno mecanico a cintas doble, que constituye el freno principal y otro freno hidráulico que se acopla manualmente cuando las cargas son importantes. Este último proporciona una acción de frenado de forma gradual y consistente.
4.1.
COMPONENTES DEL MALACATE
El malacate contiene un guinche de tambor de gran tamaño que se usa para enrollar y tirar el cable de alambre (cable de perforación), el tambor está provisto del freno principal que tiene la capacidad de parar rápidamente y sostener el peso de la columna de perforación. Cuando se bajan cargas pesadas, el freno principal es respaldado por un freno hidráulico o eléctrico auxiliar llamado retardador (hidromatico), para absorber la gran cantidad de energía desarrollada por la masa constituida por el bloque viajero, el conjunto de gancho y la columna de perforación.
23
1.
Comando neumático de carretel
14.
izquierdo
caja
2.
15.
Comando neumático de carretel
derecho. 3.
Control de comando de motores al
cuadro.
Palanca de cambio de velocidad de la
Palanca de control del freno principal.
16.
Control del embrague de baja del TP.
17.
Control de comando de tambor
auxiliar.
4.
Acelerador del motor 2 del grupo.
5.
Acelerador del motor 1 del grupo.
baja.
6.
Palanca de control de freno auxiliar.
19.
Acelerador de pie de motores.
7.
Indicador de presión de agua de
20.
Control de giro de la bomba Nº 2
21.
Control del embrague neumático B Nº2
22.
Control de giro de la bomba Nº1
23.
Control del embrague neumático B Nº1
24.
Indicador de presiona aire para giro B
comandos. 8.
Indicador de presión de aire de
comandos. 9.
Indicador de presión de fluido
hidráulico. 10.
Indicador de presión de aire de
embragues. 11.
Palanca de control de embrague y freno
MR. 12.
Palanca de control de embrague
TP.
Control de embrague de baja y alta del
Pedal control auxiliar embrague de
Nº1 25.
Indicador de presión aire para giro B
Nº2 26.
maestro. 13.
18.
Indicador
de
rotación
de
transmisiones 27.
Indicador
presión
aceite
de
lubricación. 28.
Válvula control de agua a freno a
cinta. 24
29.
Válvula
control
de
agua
freno
auxiliar.
30. Control
de
acoplamiento
freno
auxiliar.
Los componentes principales del malacate son:
4.2.
Tambor Elevador
Es el que transmite la fuerza al cable de perforación y realiza la acción de subir o bajar la polea viajera. Como la clasificación del malacate y el diámetro del cable de perforación están relacionados, el diámetro del tambor elevador debe aumentar con la capacidad del equipo. El uso de un tambor de menor capacidad de la requerida causaría esfuerzos máximos en el cable, dañándolo y acortando su vida útil.
El diámetro mínimo del tambor debe ser de 24 veces mayor que el diámetro del cable.
La longitud del carrete deberá estar en función a una lingada de tubería, de tal manera que se maneje sin que la línea enrollada en el carrete, sea mayor de tres camas. Si existen más de tres camas ocurrirá una abrasión sobre el cable. 25
La longitud del tambor elevador puede ser obtenida con la siguiente fórmula
4.3.
CABRESTANTE
Son tambores colocados a ambos lados del malacate y son usados para realizar operaciones rutinarias.
4.4.
FRENOS
Son unidades importantes ya que de ellos depende parar el movimiento. El freno principal de un malacate es mecánico del tipo de fricción (tambor o disco). Para reducir el calor generado por los frenos de fricción se utilizan frenos auxiliares que ejecutan una gran parte de la acción de frenar.
Los equipos mecánicos utilizan un freno auxiliar del tipo hidromático, el cual trabaja impulsando agua en dirección opuesta a la rotación del tambor principal.
Los equipos eléctricos usan un freno auxiliar del tipo electromagnético en el cual se generan dos campos magnéticos opuestos cuya magnitud depende de la velocidad de rotación. El sistema de frenos de fricción del carrete del malacate es importante para la correcta operación. Sus requerimientos generales son: Seguridad y confiabilidad Efectividad Facilidad de mantenimiento La seguridad y la confiabilidad, se obtiene con diseños cuidadosos. Para que un sistema de frenado sea efectivo debe tener las siguientes características: Debe reducir la fuerza que debe ser aplicada para operar el freno. 26
Debe relevarse así mismo conforme el carrete empieza a girar en la dirección de levantamiento. La fuerza de frenado del malacate proporciona una ventaja mecánica muy alta, permitiendo que el frenado, aún para grandes cargas, se realice con una fuerza manual razonable aplicada sobre la palanca de operación del freno. Se dice que un sistema de frenado está bien calibrado, cuando el peso de la polea viajeraes sostenido únicamente con el peso de la palanca.
4.5.
EMBRAGUE
Se usa para acoplar mecánicamente el tambor elevador con la fuerza transmitida.
4.6.
TAMMBOR DE RESERVA (CARRETEL).
Contiene bastante cantidad de cable el cual es usado para cambiar la posición de los puntos críticos donde existe un mayor esfuerzo y desgaste del cable. También utilizado para reemplazar al cable cuando ya cumplió sus Toneladas-Millas de trabajo.
5. CALCULOS Ejercicio: Un equipo de perforación está realizando un cambio de trepano por desgaste del mismo el gancho en esta maniobra esta soportada tanto un peso de 400000lbs el bloque viajero consta de 6 poleas y tiene un peso de 15000 lbs. La línea muerta esta anelada en la pata B y el malacate entre las patas A y C. calcular: a) b) c) d) e)
Datos:
La carga en cada pata Carga sobre la torre Máxima carga equivalente Factor de eficiencia de la torre El tamaño de la base de una esquina de la torre que se asentara en el suelo margarinoso cuya resistencia es 4,86Kg/cm2 y Fs=3.
A
B MALACATE
C
E
27
Wgancho= 400000lbs Poleas fijas= 7 Poleas móviles=6 # de líneas= 12
GANCHO L. VIVA L. MUERTA € TOTAL
CARGA (lb) 400000 43290 33333 476623
A (lb) 100000 21645 Ø 121645
B (lb) 100000 Ø 33333 133333
C (lb) 100000 21645 Ø 121645
D(lb) 100000 Ø Ø 100000
TABLA DE EFICIENCIA ADELINEAS EFICIENCIA 6 0.874 8 0.841 10 0.810 12 0.770 14 0.740 *número de líneas(n): n= {(#de poleas fijas *2) – 2} n= (7*2) – 2 n= 12 *Eficiencia (e): e= 0.77 por tabla *Factor de corrección: α=#líneas / # patas α=12/4 α=3
a) Encontrar la carga en cada pata Carga = (w/n)*α Carga = (400000/12)*3 Carga = 10000lbs
28
b) encontrar la carga total de la torre (C.T.T.) C.T.T. = € máx. de la Carga
C.T.T.) = 476623lbs
c) Encontrar la máx. carga equivalente (M.C.E.) M.C.E. = # de patas*€ máx. de una de las patas
M.C.E. = 4*133333 M.C.E. = 533332lbs
d) Encontrar el factor de eficiencia de la torre (F.E.T.) F.E.T.= (C.T.T. / M.C.E) *100% F.E.T.= (476623/533352)*100% F.E.T.= 89%
e) Encontrar el área de la base (A): P=F/A A=F/P Si P=4,86kg/cm2 Si F=133333 lb Si Fs.= 3
29
A= 1,247cm2*Fs3 A=3,741m2
L=√
L=1,9m
Ejercicio Calcular la eficiencia de la torre. a) Cuando la línea muerta está anclada a lado del malacate. b) Cuando se encuentra al frente del malacate, si se tiene un peso del arreglo de 400000lbs y el peso del bloque viajero es de 100000lbs, el bloque corona consta de 5 poleas. c) Cuál es el área mínima que debe tener cada zapata? Si el terreno es margo arenoso con resistencia de 4,81kg/cm2. Datos: F.E.T.=?
A
W arreglo =400000lbs
B MALACATE
Polea móvil= 4
C
D
Polea fija= 5 # de líneas
GANCHO L. VIVA L. MUERTA € TOTAL
CARGA (lb) 400000 59453 50000 509453
A (lb) 100000 29726,5 50000 179726,5
B (lb) 100000 29726,5 Ø 129726,5
C (lb) 100000 Ø Ø 100000
D(lb) 100000 Ø Ø 100000
TABLA DE EFICIENCIA ADELINEAS EFICIENCIA 6 0.874 8 0.841 10 0.810 12 0.770 30
14
0.740
*número de líneas(n): n= {(#de poleas fijas *2) – 2} n= (5*2) – 2 n= 8
*Eficiencia (e): e= 0.841 por tabla
*Factor de corrección: α=#líneas / # patas α=8/4 α=2
b) encontrar la carga total de la torre (C.T.T.) C.T.T. = € máx. de la Carga
C.T.T.) = 509453lbs
c) Encontrar la máx. carga equivalente (M.C.E.) M.C.E. = # de patas*€ máx. de una de las patas
M.C.E. = 4*179726,5 M.C.E. = 718906lbs
d) Encontrar el factor de eficiencia de la torre (F.E.T.) 31
F.E.T.= (C.T.T. / M.C.E) *100% F.E.T.= (509453/718906)*100% F.E.T.= 71%
b)
A
B MALACATE
C
GANCHO L. VIVA L. MUERTA € TOTAL
D
CARGA (lb) 400000 59453 50000 509453
A (lb) 100000 29726,5 Ø 129726,5
B (lb) 100000 29726,5 Ø 129726,5
C (lb) 100000 Ø 500000 150000
D(lb) 100000 Ø Ø 100000
*número de líneas(n): n= {(#de poleas fijas *2) – 2} n= (5*2) – 2 n= 8
*Eficiencia (e): e= 0.841 por tabla
*Factor de corrección: α=#líneas / # patas α=8/4 α=2
32
Encontrar la carga total de la torre (C.T.T.) C.T.T. = € máx. De la Carga
C.T.T.) = 509453 lbs.
Encontrar la máx. Carga equivalente (M.C.E.) M.C.E. = # de patas*€ máx. de una de las patas
M.C.E. = 4*150000 M.C.E. = 600000lbs
Encontrar el factor de eficiencia de la torre (F.E.T.) F.E.T.= (C.T.T. / M.C.E) *100% F.E.T.= (509453/600000)*100% F.E.T.= 85%
c)
Si P=F/A => A=F/P
A=14145cm2
A=1,4145m2 Área
Carga máxima de una pata: F=150000lbs P=4,81kg/cm2 A=1,4145m2 * Fs 33
A=5,658m2
L=√ L=2,2m
Ejercicio:
Determinar la carga debido a la línea rápida y el factor de diseño si: Datos: Carga=500000lbs Disposición de líneas = 10 K=1,112 => para bloque corona de 6 poleas 4 rodamientos cilíndricos Cable 11/2 ELPS de resistencia Nominal = 228000lbs (de tabla)
TABLA POLEAS 4 5 6 7
PARA BLOQUE CORONA K 1,163 1,132 1,112 1,1
DONDE: L= Carga de línea (lbs.) W= Peso levantado total (lbs.) K= Coeficiente de fricción de los rodamientos n = # de líneas S= # de poleas que quiran del bloque corona + bloque viajero
SOLUCION: 34
( ) ()
( ) ( ) L = 61534lbs
FACTOR DE DISEÑO:
Fs = 3,7 Nota “k”: Las “k” en la tabla varían según el fabricante y el tipo de movimiento de las poleas:
Ejercicio: Profundidad de pozo = 2000m Pl = 10 LGP.
Profundidad del trepano = 1816 P sondeo = 48 kg/cm2 P sondeo = 682 PSI. PEA = 49 kg/cm2 PEA = 696 PSI Vol. Del fluido ganado o generado = 18bbl Ø = pozo abierto = 8 ½ Determinar Pinf. = ?
SOLUCION: Longitud del influjo:
35
