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    HERRAMIENTAS Y EQUIPOS DE

    PERFORACION

    Tcnico De Perforacin:

    DIEGO SEBASTIAN MARTINEZ DIAZ

    VILLAVICENCIO-META

    INSTIPETROL

    2013

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    INTRODUCCION

    Desde los comienzos de la historia, la perforacin de pozos petroleros ha jugado

    un papel demasiado importante y sus avances en cuanto a diseo, formas

    y estructuras en materiales de construccin han variado de acuerdo a la necesidado requerimientos de quienes la aplican.

    Asumiendo que la tecnologa en las operaciones de perforacin de pozos cada da

    es ms avanzada, es obligacin estar al tanto de estos avances.

    Esto teniendo en cuenta que todos los sistemas de perforacin implementados

    en el mundo se deben de detallar para de esta forma determinar las herramientas

    o equipos utilizados en las mismas.

    Teniendo en cuenta lo anterior presente, tiene como fin mostrar los tipos deherramientas y equipos de perforacin de pozos petroleros.

    http://www.monografias.com/Historia/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtmlhttp://www.monografias.com/Tecnologia/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/diop/diop.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/diop/diop.shtmlhttp://www.monografias.com/Tecnologia/index.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/materiales-construccion/materiales-construccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/diseprod/diseprod.shtmlhttp://www.monografias.com/Historia/index.shtml
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    BROCAS DE PERFORACIN DRILL BITS

    GeneralidadesComo se discuti en la seccin anterior, los miembros de la cuadrilla instalan la

    broca en la parte inferior de los drill collars. Dos tipos de brocas son:

    a) Brocas cnicas roller cone bits.b) Brocas con cortadores fijos fixed cutter bits.

    Las brocas de cortadores fijos fixed cutter bits tambin se conocen como brocasde cabeza fija fixed head bits. Las brocas de conos generalmente tienen tresconos con dientes o cortadores. A medida que la broca rota, los conos y

    cortadores rotan para perforar.

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    Las brocas con dientes fijos tambin tienen cortadores, pero los fabricantes los

    embeben en la cabeza de la broca. La cabeza de la broca solo se mueve cuando

    la broca rota, no tiene partes mviles, como los conos en las brocas cnicas. Los

    dos tipos de brocas vienen en varios tamaos que van desde 2 o 3 pulgadas (50 75 mm) hasta ms de 36 pulgadas (1 m).

    BROCAS CNICAS ROLLER CONE BITSExisten dos tipos de brocas cnicas disponibles:

    Brocas con dientes de acero steel teeth.

    Brocas con insertos de carburo de Tungsteno tungsten carbide inserts.

    BROCAS CON DIENTES DE ACERO STEEL TEETH BIT

    En una broca con dientes de acero, tambin llamada milled tooth bit, el fabricanteforja los dientes en el acero de que est hecho el cono.

    Las brocas con dientes de acero son las ms econmicas; cuando se usan

    apropiadamente, pueden perforar por varias horas. Los fabricantes disean las

    brocas con dientes de acero para perforar formaciones blandas, medias y duras.

    BROCAS DE CARBURO DE TUNGSTENO

    En las brocas con insertos de Carburo de Tungsteno, el fabricante introduce ypresiona insertos muy duros de Carburo de Tungsteno en huecos perforados en el

    cono de la broca. El Carburo de Tungsteno es un metal muy duro.

    Las brocas con insertos de carburo de Tungsteno son ms costosas que las

    brocas con dientes de acero. Sin embargo, usualmente duran ms debido a que el

    Carburo de Tungsteno es ms resistente al desgaste que el acero. En general, las

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    brocas de Carburo de Tungsteno perforan desde formaciones medianas hasta

    muy duras, y tambin formaciones blandas.

    Las brocas para formaciones blandas generalmente perforan mejor con un peso

    moderado y altas velocidades de rotacin. De otro lado, las brocas para

    formaciones duras usualmente perforan mejor con bastante peso y moderada

    velocidad de rotacin.

    BROCAS DE CORTADORES FIJOS FIXED CUTTER BIT

    Tres tipos de brocas con cortadores fijos son:

    a) Brocas Policristalinas de Diamantes Compactos Polycrystalline DiamondCompact (PDC) Bits.b) Brocas de Diamante Diamond Bits.c) Brocas Corazonadoras Core Bits.

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    BROCAS POLICRISTALINAS PDC BITSLa broca PDC tiene cortadores hechos de diamantes artificiales y de Carburo de

    Tungsteno. Cada cortador hecho de diamante y Carburo de Tungsteno se conocecomo compacto. Los fabricantes colocan los compactos en la cabeza de la broca.

    A medida que la broca rota sobre la roca, los compactos cortan la formacin.

    Las brocas PDC son bastante costosas, sin embargo, cuando se usan

    apropiadamente, pueden perforar en formaciones blandas, medianamente duras o

    duras por varias horas y sin fallar.

    BROCAS DE DIAMANTES DIAMONT BITSLos fabricantes hacen las brocas de diamantes a partir de diamantes industriales.

    Los diamantes son los cortadores de la broca.

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    Los diamantes son una de las sustancias ms duras conocidas; algunos tipos de

    diamantes son:

    a) Regular.

    b) Premium.

    c) Octahedro Octahedron.d) Carbonado.

    e) Magnfico Magnific.

    BROCA CORAZONADORA Y BARRILES CORE BIT AND BARRELS

    Los miembros de la cuadrilla corren una broca corazonadora y un barril cuando elgelogo necesita un corazn de la formacin que est siendo perforada.

    Normalmente una broca corazonadora es una broca de cortadores fijos de PDC o

    de diamante. Tiene un hueco en el medio. Esta abertura permite que la broca

    obtenga el corazn. Los diamantes y PDCs se encuentran alrededor de la abertura

    y a los lados de la broca.

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    Top Drive

    Con el Top Drive se puede enroscar y desenroscar las conexiones de los tubos en

    forma directa sin el empleo de las llaves de fuerza y la cadena de maniobra.

    La elevadora puede operarse hidrulicamente para moverla hacia elengrampador, y as l pueda maniobrar la barra de perforacin y de los Drill

    Collars con seguridad, con esto se reduce los riesgos en el manejo de la tubera.

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    En las operaciones de control del pozo, con el top drive aumenta la seguridad delpozo al reducir el desgaste del preventor de reventones (BOP) al permitir que este

    selle alrededor de un tubo redondo en lugar de alrededor de un Kelly cuadrante o

    hexagonal. Es posible conectarse a la tubera de perforacin en cualquier nivel de

    la torre para circular los fluidos de perforacin.

    Est equipado con una vlvula para el cuadrante, operada a control remoto, quereduce la prdida y derrame del lodo de perforacin cuando se repasa saliendo o

    se desconecta despus de circular por encima del piso de perforacin.

    Reduce los costos al hacer ms eficiente la perforacin: Se elimina el tiempoinactivo causado por la dificultad de meter el bushing del cuadrante en la mesa

    rotatoria. En los viajes se elimina el tiempo necesario para llevar y regresar el

    swivel y Kelly en su funda.

    Si la estabilidad del pozo lo permite, se puede realizar conexiones en el fondodurante la perforacin direccional, eliminando as la necesidad de re-orientar la

    cara de la herramienta direccional despus de cada nueva conexin.

    Se reduce el tiempo en aquellas funciones que no sean de perforacin.Permanece mayor parte del tiempo perforando. Menos tiempo en las conexiones,

    viajes, tomando registros direccionales, repasando, etc.

    Rotacin y Circulacin continuas durante el movimiento de la sarta deperforacin: Caracterstica de mayor importancia en la perforacin con top drive;

    capacidad de rotar y bombear continuamente mientras se repasa-metiendo o se

    repasa-saliendo del hoyo. Solo en los casos que sean necesarios puede aplicarsela rotacin continua con circulacin mientras se ingrese o salga del hueco con la

    sarta de perforacin en pozos direccionales u horizontales. Reducen la friccin

    entre la sarta de perforacin y las paredes del hoyo, y en el caso de probable

    empaquetamiento remueven eficazmente los derrumbes por efecto de la rotacin y

    circulacin.

    Reduce los riesgos y costos totales de perforacin al minimizar los problemas de

    agarres por pega diferencial y empaquetamiento. El costo de las herramientas defondo que puedan perderse en el pozo son elevadas.

    Se perfora y maniobra la tubera en barras (3 tubos): Se reducesignificativamente el tiempo de orientacin direccional despus de cada conexin

    mientras se hace perforacin direccional con motor de fondo. Se pueden cortar

    ncleos continuos de 60 o 90 pies.

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    Se aplica el back reaming sin limitaciones. Esta maniobra con Kelly y cuaspresenta riesgos para el personal que maniobra las herramientas.

    Es una forma ms segura y fcil de aplicar, en forma simultnea, la torsin ytensin que se requiere en las operaciones de punto libre y de desenroscado de la

    sarta.

    Utiliza procedimientos de fondo ms eficientes y exitosos durante actividades depesca, incluyendo el uso de enchufes de pesca (overshots), el enrosque ydesenrosque del pescado; actividades de enganche y desenganche de

    herramientas de fondo tales como colgadores de camisas (liners); o actividades

    para rotar y reciprocar tubera de revestimiento mientras se est metiendo y/o

    cementando.

    En pozos de riesgo de pega diferencial, asegura la llegada del zapato gua delliner de produccin hacia el fondo del pozo; cuando ste es corrido y es necesario

    llevar el zapato hacia el fondo del pozo con rotacin y circulacin, no se necesita

    levantar el casing del fondo para colocar la cabeza de cementacin, como puede

    ocurrir cuando se baja con circulacin y rotacin utilizando el kelly.

    Las conexiones se enroscan y desenroscan en cualquier nivel de la torre: Elperforador tiene un mejor control del pozo al tener la capacidad de conectar y

    circular la sarta a cualquier altura de la torre, en lugar de depender de una vlvula

    manual de control y tener que levantar y conectar el cuadrante y el swivel.

    Permite la rotacin y circulacin inmediata cuando se encuentran problemas enel hoyo.

    Elimina el peligroso procedimiento de desconexin del cuadrante cuando stequeda a una altura considerable en la torre en caso de pegadura de la tubera.

    Ejemplos de Modelos de Top Drive:

    SOILMEC hydraulic 181.5 tons

    VARCO TDS-3S 590 tons

    VARCO TDS-9SA 400 tons

    TESCO 500 ECI 900 HPetc.

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    KELLY

    Tambin llamada barra conductora, de ella depende toda la columna de

    perforacin. Su funcin es transmitir el giro que le proporciona la mesa de rotacin

    al varillaje, permitir su descenso y ascenso, as como conducir por su interior el

    fluido de perforacin que ha de circular por todo el varillaje.

    En su extremo superior va enroscada la cabeza giratoria de inyeccin que a su

    vez sirve para suspender toda la columna de perforacin. En su extremo inferior

    se enrosca la primera varilla de la columna mediante la interposicin de un acoplo

    que es el que sufre el desgaste de todas las maniobras de roscado cada vez que

    se aade o quita una nueva varilla a la columna, impidiendo el deterioro de la

    propia barra Kelly.

    La barra Kelly pasa por el alojamiento que con este fin tiene la corona de la mesa

    de rotacin, por el cual se desliza al hacer las maniobras de descenso o extraccin

    de la columna de perforacin.

    La seccin de la barra conductora o Kelly puede ser hexagonal, cuadrada o

    circular con dos o ms cheveteros semicirculares. La longitud debe ser algo

    superior a la correspondiente a las varillas que se empleen.

    2. KELLY Y TOP DRIVES KELLY AND TOP DRIVES.

    2.1 PERFORANDO MAKING HOLE.

    Un taladro de perforacin rotaria consiste de muchas piezas de equipo. Parte de

    ellas se encuentran en la superficie, y parte de ellas en el subsuelo.

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    Todo el equipo tiene un propsito, colocar la broca en el fondo del pozo para

    perforar o hacer el hueco. Para lograr esto, la cuadrilla de perforacin enrosca la

    broca en la parte final o inferior de una tubera especial llamada sarta de

    perforacin drill string.

    Los miembros de la cuadrilla bajan la sarta unida a la broca dentro del pozo. Para

    que la broca perfore, el equipo de superficie del taladro tiene que rotar, a menos

    que sea movida por un motor de fondo o motor de lodo mud motor. El equipotambin tiene que proporcionarle peso a la broca para forzar los dientes o

    cortadores de la misma dentro de la formacin. A medida que la broca perfora, un

    fluido de circulacin tiene que remover los cortes cuttings lejos de la broca, deotra forma el pozo se llenara de cortes de perforacin. El fluido que circula

    cumpliendo con esta labor se conoce como lodo de perforacin drilling mud.

    2.2. GENERALIDADES OVERVIEW.

    Para impartir movimiento rotatorio a la sarta de perforacin de forma que la broca

    pueda moverse, se puede usar un top drive o una Kelly con sistema de mesa

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    rotaria kelly and rotary table system. La potencia se transmite desde la superficiehasta el fondo del pozo a travs de la sarta de perforacin.

    2.3. SISTEMAS QUE USAN TOP DRIVE TOP DRIVE SYSTEMS.

    Algunos equipos imparten movimiento rotatorio a la sarta con una unidad Top

    Drive. Los Top Drives son caros pero bastante eficientes. La cuadrilla puede

    agregar juntas de tubera de perforacin en forma rpida y segura.

    Ellos pueden perforar el pozo con mayor eficiencia y menos chance de que la

    sarta se pegue en el hueco, comparado con el sistema de Kelly y mesa rotaria. Un

    motorpotente hace girar el eje del top drive drive shaft, el cual est conectado altop drive. Los miembros de la cuadrilla conectan la sarta de perforacin al driveshaft.

    El drive shaft hace girar la sarta de perforacin y la broca. Note que la sarta d eperforacin pasa a travs de una abertura en la mesa rotaria. Sin embargo, la

    mesa no rota.

    2.4. OPERACIN DEL TOP DRIVE TOP DRIVE OPERATION.El sistema de unin link system suspende la unidad top drive del bloque viajerodel taladro. El fluido de perforacin Drilling mud entra al top drive a travs delcuello de ganso gooseneck el cual est unido a la manguera rotaria rotary

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    hose, esta manguera es una lnea flexible que conduce el lodo desde el standpipe hasta el swivel en un sistema de Kelly o al swivel integrado en el top drive.

    Un motor y una caja de engranajes le transmiten potencia al eje principal del top

    drive drive shaft. La cuadrilla conecta la sarta de perforacin al drive shaft. La

    IBOP o vlvula de seguridad incorporada, cuando est cerrada, evita que losfluidos se devuelvan a travs de la sarta de perforacin. la cuadrilla usa las llaves

    de torque torque wrench assembly para conectar o desconectar la sarta deperforacin.

    Los brazos del elevador elevator links suspenden el elevador de tubera. Lacuadrilla de perforacin coloca el elevador alrededor de la sarta de perforacin,

    para permitir que la unidad top drive la levante o la baje.

    2.5. SISTEMAS CON KELLY KELLY SYSTEMS.

    La Kelly, kelly drive bushing, el master bushing y la mesa rotaria rotary tablehacen rotar la sarta de perforacin y la broca en equipos que no tienen top drive.

    La Kelly es un instrumento tubular pesado, usualmente tiene 4 o 6 lados, lo cual

    significa que tiene una seccin transversal hexagonal o cuadrada. Las kellys

    cuadradas son mas baratas que las hexagonales, pero la hexagonal es ms

    fuerte, por eso los equipos que perforan pozos profundos usualmente las usan.

    Trtese de una Kelly hexagonal o cuadrada, los miembros de la cuadrilla conectanla kelly al tubo superior de la sarta de perforacin.

    2.6 OPERACIN DE LA KELLY KELLY OPERATION.

    La kelly, de 4 o 6 lados, se mueve a travs de una abertura cuadrada en el Kelly

    Drive Bushing.

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    El Kelly Drive Bushing encaja en el Master Bushing, esta ltima gira por el

    movimiento que le transmite la mesa rotaria. Esto hace que rote toda la sarta de

    perforacin y la broca que se encuentra en la parte inferior de la misma. La Kelly

    se mueve hacia abajo a medida que la profundidad del hueco aumenta.

    CAJA Y PIN BOX AND PIN

    La cuadrilla de perforacin conecta el drill pipe usando las roscas que se

    encuentran en cada extremo de la tubera, las cuales se denominan tool joints.

    El tool joint hembra es la caja box. El tool joint macho es el pin del drill pipe. Lasuniones de tubera o tool joints pueden ser de varios tamaos y tipos.

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    TUBERA DE PERFORACIN DRILL PIPE (DP)

    La tubera de perforacin drill pipe es bastante fuerte, aunque relativamenteliviana. Los miembros de la cuadrilla conectan la sarta de drill pipe a un top drive o

    a la kelly. El drill pipe conforma la parte superior de la sarta de perforacin drillstring. Usualmente la tubera de perforacin rota, lo cual hace que la brocatambin rote. Cada seccin de drill pipe se denomina junta joint. Los miembrosde la cuadrilla conectan o enroscan varias juntas de drill pipe colocndolas dentro

    del hueco a medida que la broca rota.

    Especificaciones del Drill Pipe.

    La tubera de perforacin drill pipe al igual que otros tubulares, puede serespecificada de acuerdo con las siguientes caractersticas:

    1. Dimetro Diameter.2. Grado o resistencia Grades or strength.3. Peso Weight.4. Longitud Length.

    El dimetro diameter, peso weight y la resistencia strength usados dependen

    del tamao del hueco, la profundidad del hueco y las propiedades del pozo.

    En los libros o tally de tubera que se llevan en los taladros aparecen estas

    especificaciones.

    La tubera de perforacin Drill pipe usualmente se puede conseguiren tresrangos de longitud:

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    El rango ms comn es el dos: 2730 ft (8.2 9.1 m).

    Ya que el pozo puede tener una profundidad de miles de pies, los miembros de la

    cuadrilla pueden tener que conectar cientos de juntas de drill pipe.

    El dimetro del drill pipe puede ser tan pequeo como 2 3/8 (60.3 mm). Estetamao de drill pipe pesa 4.85 #/ft (7.22 Kg/m).

    El drill pipe puede tener un dimetro tan grande como 6 5/8 (168.3 mm). Este tipo

    de drill pipe pesa 27.60 #/ft (41.21 Kg/m). Sin embargo, el drill pipe de 5 (127 mm)es uno de los ms comunes. Pesa 19 #/ft (9.01 Kg/m).

    Rango Range Longitud Length

    Pies Feet Metros Meters

    Rango uno Range one 18 - 22 5.5 6.7

    Rango dos Range two 27 - 30 8.2 9.1

    Rango tres Range three 38 - 45 11.6 13.7

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    HEAVY WALLED DRILL PIPE (HWDP)

    La cuadrilla conecta HWDP en la sarta por debajo del drill pipe. El HWDP tambinse conoce como Heavy Weight Drill Pipe, o Hevy Wate, Su posicin en la sarta

    est entre el Drill Pipe y los Drill Collars. El HWDP se usa para suministrar una

    zona de transicin entre el DP, ms liviano, y el DC, el cual es rgido y pesado.

    El uso de Heavy Walled Drill Pipe reduce la fatiga que los Drill Collars provocan enla sarta. Como resultado, el Heavy Weight reduce el estrs en el drill pipe.

    Tambin ayudan a mantener el DP en tensin, y le dan peso a la broca, al igual

    que lo hacen los DC, especialmente en perforacin direccional. El Heavy Weight

    Drill Pipe tiene paredes ms gruesas y tool joints ms largas que el drill pipe.

    Tambin tiene un wear pad en el centro del cuerpo para disminuir el contacto con

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    las paredes del pozo. Los tool joint ms largos reducen el desgaste en el cuerpo

    del HWDP. Ellos mantienen el cuerpo del tubo alejado de las paredes del hueco.