SISTEMA BASICO DE RESISTENCIAOBJETIVO: Proveer una estructura capaz de soportar todas las cargas generadas por el peso de las herramientas, la eficiencia suficiente y las operaciones a realizar en la perforacin.

Dar un ambiente seguro a las personas que trabajan en el equipo, puesto que se trabaja con herramientas de alto peso y el trabajo es muy riesgoso.

INTRODUCCION:La perforacin de un pozo se realiza mediante la perforacin rotaria. La perforacin rotaria se define como una accin conjugada entre el efecto de rotacin que provee la mesa rotaria y el peso aplicado por un trepano que est conectado a una columna de acero compuesta por tuberas de perforacin y portamechas, y todo el equipo que conforma la sarta de perforacin.

Durante la perforacin se realizan varias acciones y trabajos controlados en superficie como ser: El retirar la sarta de perforacin, el levantamiento de muestras de testigo, etc.

La perforacin de pozos de petrleo y gas son realizadas en las ms diversas condiciones geolgicas y climticas; las profundidades varan desde varias centenas hasta miles de metros.

DEFINICION:El sistema bsico de resistencia forma la estructura y base del equipo de perforacin.

El sistema bsico de resistencia es el equipo compuesto por la torre o mstil, la subestructura y las playas de almacenaje tubular, estos deben tener la capacidad de realizar esfuerzos y trabajos proporcionados por las cargas o pesos de todas las herramientas de perforacin, de manera que permitan una perforacin con buenos resultados.

Todos los sistemas de perforacin necesitan el uso definido de la torre o mstil de perforacin para sostener el equipo de perforacin en posiciones de trabajo y para suspender el aparejo elevador con el cual se levantan las pesadas herramientas y las columnas de tuberas de revestimiento.

PARTES DEL SISTEMA BASICO DE RESISTENCIA: Torre de Perforacin (torre o mstil)

Subestructura

Playas de Almacenaje del Material Tubular

TORRE O MASTIL DE PERFORACION:Es una estructura de acero con capacidad de soportar seguramente todas las cargas verticales, las cargas que excedan la capacidad del cable, y el empuje mximo de la capacidad del viento. La plataforma de trabajo tiene que estar a la altura apropiada para sacar la tubera del pozo en secciones de tres juntas de tubo (lingadas) que midan aproximadamente 27 metros dependiendo del rango de tubera.La torre de perforacin es una estructura piramidal troncada de seccin cuadrada que tiene cuatro pies derechos verticales que forman las esquinas de la estructura, unidas entre s por una serie de travesaos horizontales y contravientos inclinados.

Los cuatro lados de la torre estn inclinados en una pendiente de 1 a 5 y 1 a 12 grados, dependiendo de la altura y el tamao de la parte superior e inferior de la torre.

Las torres o mstiles de perforacin son utilizados para realizar perforaciones entre 800 y 6000 metros de profundidad en el suelo tanto de pozos de gas, agua o petrleo, como as tambin pozos de exploracin para analizar la geologa y buscar nuevos yacimientos. Inclusive se utilizan para realizar perforaciones de prospeccin o explotacin en minera cuando la profundidad del yacimiento supera los 1500m bajo el nivel de terreno.Para torres que se van a utilizar en tierra, primero se tiene que montar la subestructura, un armazn de metal que descansa sobre la tierra justo encima del hoyo.

Se erige sobre una subestructura esta sirve para dos propsitos principales:

Soportar el piso de perforacin, as como facilitar espacio para el equipo y el personal.

Proveer espacio debajo del piso para alojar los preventores de reventones.Con la subestructura en su sitio y armada, y con los motores y malacate en su sitio, el prximo paso es montar la torre o mstil de perforacin.

Es necesario establecer la diferencia entre una torre y un mstil, ya que comnmente son confundidos. La torre es una estructura que se monta pieza a pieza con pernos por una cuadrilla de construccin de torres.

El mstil es una estructura que se arma una sola vez en el sitio de manufactura y nunca se vuelve a desarmar. El mstil es porttil y muchas veces se llama torre aunque en realidad no lo es.

TORRE DE PERFORACION MASTIL DE PERFORACION

Los mstiles y las torres tienen que ser lo ms fuertes posible y a la vez ser porttiles. Hay que tomar en consideracin que en un pozo profundo la sarta de perforacin puede pesar hasta 250 toneladas.La mayora de las perforaciones usan mstiles, aunque todava existen algunas torres, especialmente en las plataformas marinas que tienen que ser montadas y desmontadas cada vez que se cambien de lugar.

Un mstil se pone en posicin en una cuna especial en la subestructura.

En su posicin original el mstil esta horizontal.

Usando el malacate y cable, el mstil se sube poco a poco hasta que llega a su posicin final vertical.

POSICIONAMIENTO DEL MASTIL

Esta operacin puede ser difcil. Primero, varias gras montadas sobre camiones se utilizan para poner el mstil en la cuna. Ya que un mstil puede medir hasta 200 pies (61 m) y pesa muchsimo, y su base tiene que montarse encima de la subestructura, la operacin puede ser calculada y coordinada de cerca por los operadores de gras y los chferes de camiones. Otra consideracin es que hay que tomar precauciones se seguridad cuando se est elevando algo tan pesado como un mstil, para evitar accidentes.

Factores que implican en el diseo de la torre de perforacin. La carga mxima (esfuerzo) a la que ser sometida la torre de perforacin.

Se debe tomar en cuenta todas las fuerzas que actuaran sobre la torre de perforacin.

El terreno donde se llevara a cabo la perforacin.

Del tipo de material disponible y costo para su construccin.

Es importante que los cimientos sean rgidos y resistentes, porque si no puede provocarse una falla en la torre. La mayora de fallas en la torre es causada por distribucin desigual de cargas de los pies derechos.

Para pozos profundos se usan cimientos de concreto para la torre de perforacin, varia con el tipo de equipo, con el tamao y peso del equipo que se determina por la profundidad a la cual se propone, perforar por la naturaleza del terreno, carcter del suelo.FUERZAS QUE SOPORTAN: Carga muertaLa carga muerta es la fuerza generada por el peso de las herramientas de perforacin (la sarta de perforacin). Las capacidades de las torres y mstiles en cuanto a peso vertical varan de 0.25 millones hasta 1.5 millones de libras (113,400 a 680,400).

Carga de vientoEs la fuerza generada por la velocidad del viento al chocar con la torre. La mayora de las torres y mstiles pueden soportar vientos de 100 a 130 millas por hora (161 a 209 km por hora).

Carga dinmicas (fuerzas combinadas)Son fuerzas que se originan debido al movimiento generado por los equipos de perforacin o por la realizacin de algunas maniobras de perforacin. Por ejemplo la fuerza generada por la friccin al sacar la tubera, o la fuerza generada para sacar una herramienta. Estas fuerzas se suman a la carga muerta de la herramienta.Colocacin de cimientos.Para distribuir las cargas correctamente y conservar todo el equipo mecnico bien alineado, la torre debe tener una base rgida. El tamao de los cimientos que se van a construir, puede determinase solamente despus de una inspeccin de subsuelo sobre el cual se va a descansar, el terreno aluvial es capaz de soportar una carga de 0,489 kg/cm2 sin ceder, la arena hmeda soporta 0.978 kg/cm2, las rocas 14.67 kg/cm2.PARTES DE UNA TORRE:Las partes de la torre son:

Corona.- Es un ensamblaje de poleas montado sobre vigas, se encuentra ubicada en la parte superior de la torre, en esta corona se encuentran ubicadas las poleas fijas.

Travesaos.- Son partes estructurales que conectan y soportan los 4 pies derechos de la torre. Contravientos.- Son partes ms utilizadas para fortalecer la torre, estos son esfuerzos propios entre los travesaos por lo que la torre debe tambin disearse para soportar vientos de 161 a 209 km/h.

Peine.- Es un apoyo donde se colocan las tuberas para bajarlas al pozo o sacarlas del mismo

Plataforma superior.- La plataforma superior suministra un lugar seguro para trabajar alrededor del caballete porta poleas

Plataforma de trabajo.- Es el rea donde se ponen los tubos de perforacin y sirve para colocar al obrero encargado para manejarlo cuando se saca o se inserta en el pozo las tuberas.

Pie derecho.- Los pies derechos de la torre de perforacin, son los miembros estructurales ms importantes; la distribucin de cada pie derecho de la torre en un rea relativamente grande se logra utilizando una base que tenga el rea necesaria para cada esquina de la subestructura.

Escalera.- Esta ubicada sobre uno de los lados de la torre de perforacin, empieza desde la plataforma de trabajo pasa por la plataforma del torrero y llega hasta la corona; sirve para que el torrero se desplace hasta su plataforma de trabajo.

TIPOS DE TORRES

TORRE EN TIERRA.Una torre de perforacin en tierra perfora en tierra. Son las torres de perforacin ms comunes. Estas torres son construidas de diversas formas segn a la profundidad a la que se quiere llegar.

POTENCIAPROFUNDIDAD (PIES)PROFUNDIDAD (METROS)

Potencia ligera3000 50001000 1500

Potencia mediana4000 100001200 3000

Potencia pesada12000 160003500 5000

Potencia Ultrapesada18000 250005500 7000

TORRES MARINAS:TORRE SUMERGIBLE.

Una torre sumergible tiene un casco sobre el cual flota mientras se traslada hasta el lugar de perforacin. Cuando llega al punto, el casco se inunda con agua y se hunde al fondo. Este equipo es usado en aguas muy someras y protegidas como ros, bahas y en aguas de hasta 15 m. (50 pies) de profundidad.

TORRE SEMISUMERGIBLE.

Una Torre semisumergible es parecida a la sumergible en que tiene dos cascos sobre los cuales flota hasta el sitio de perforacin. Algunas torres como esta son capaces de ser utilizadas como sumergible o semisumergible. La diferencia mayor estriba en que, cuando llega al punto de perforacin, los cascos se inundan pero son diseados de tal manera que no se hunden hasta el fondo.

Solamente se hunden poco debajo de la superficie del agua. En realidad, una semisumergible flota, pero no en la superficie del agua. En sitios donde el tiempo puede ser tormentoso, semisumergibles se seleccionan muchas veces por su estabilidad excelente en aguas turbulentas y hondas.

TORRE AUTO ELEVABLE. (JACKUP)Una torre elevable es construida de tal manera que flote mientras se est llevando al lugar de perforacin. Cuando llega al lugar indicado, sus largas patas se bajan por medio de gatos hasta que llegan al fondo del mar. Entonces la plataforma se sube en las mismas patas para que quede encima de la superficie del agua. Las torres elevables estn elevadas a aguas no ms profundas de 300 pies (91.4 m)

Plataforma marina.

Una plataforma marina tiene que construirse y armarse en un sitio conveniente en las aguas sobre el yacimiento. Estas plataformas pueden ser enormes, tan grandes que la mayor parte se construye en tierra firme, y luego se flotan hasta el sitio de perforacin

BARCO DE PERFORACIN.

Un buque de perforacin tambin flota. Esencialmente un barco de perforacin tiene la misma forma de cualquier otro barco; sin embargo, equipo de perforacin y otras modificaciones convierten un barco de perforacin especial. Barcos de perforacin contienen las torres mas mviles y se utilizan a menudo para perforar pozos de exploracin de aguas profundas, remotas y lejanas a la costa.

LA SUBESTRUCTURA

DEFINICION DE LA SUBESTRUCTURA

La subestructura es un gran armazn de acero que es ensamblada o armada directamente en el sitio de perforacin.

Tambin se encarga de dar los espacios necesarios para los equipos y personal de trabajo bajo el piso de dicha plataforma. Ese espacio necesario variara de acuerdo a la cantidad de personal empleado y el equipo que se est usando.

La subestructura es capaz de soportar tremendos pesos, incluyendo la torre o mstil, el equipo de izaje, mesa rotaria, sarta de perforacin (tuberas de perforacin, portamechas), caeras de revestimiento y adems el malacate.

FUNCION DE LA SUBESTRUCTURA

La subestructura debe asentarse sobre cimientos que resistan las cargas a las que ser sometida. El concreto juega un papel muy importante ya que tiene que ser con el mejor cemento encontrado. Pero luego el quitarlo es un problema. Por lo cual implica tener un conocimiento adicional sobre la resistencia de los suelos para resistir las cargas requeridas.

PARTES DE LA SUBESTRUCTURA

MESA ROTARIAEs la que le da el nombre de sistema de perforacin rotaria, su energa proviene de su propio motor o un sistema elctrico fuera de la torre. La mesa rotaria gira y se encarga de hacer girar a toda la sarta de perforacin, adems que puede suspender a las mismas (tuberas, barras pesadas, portamechas, etc.)

MANDO ROTARIO

Transmite energa del mecanismo elevador a la mesa rotaria.

MALACATE

El malacate es una pieza de maquinaria grande y pesada. Consiste en un cilindro alrededor del cual el cable llamado cable de perforacin o Cable del aparejo se devana. Otra pieza del malacate es el cabezal de friccin que contiene el carretel de desenroscar en un extremo y el de enroscar en la otra. El malacate tambin contiene otros engranajes, cabezales y transmisiones para cambiar de direccin o de velocidad. El freno principal es otro componente del malacate cuya funcin es parar el carretel y aguantarlo. Cuando cargas pesadas se estn levantando o bajando, el freno principal es asistido por un freno auxiliar hidrulico o elctrico, tambin conocido como freno de emergencia, que ayuda a absorber inercia creada por la carga pesada.

LA CONSOLA DEL PERFORADOR

Es el instrumento principal de la perforacin rotaria situada normalmente cerca del malacate. La consola es el corazn del sistema de instrumentacin del Equipo de perforacin. La consola provee al perforador con una amplia vista de lo que est sucediendo.

La consola mide normalmente la informacin que viene de:

Las bombas de lodo.

Presin de la bomba

Momento de torque de tenazas.

Peso suspendido.

Otros.

TENAZAS DE ENROSCADO Y DE DESENROSCADO DE LA TUBERIA Son grandes llaves usadas para girar secciones de tuberas, portamechas, caeras, y otras Herramientas para conectar y desconectar secciones.

HOYO DEL RATON

Es un hoyo revestido prximo a la mesa rotaria donde una junta de tuberas es colocada para desconectarla del sistema de perforacin.

LA RATONERA

Es un hoyo revestido situado cerca de la parte de la torre Mstil, donde el cuadrante (Kelly) es colocado mientras se hace un viaje.

CASETA DEL PERFORADOR

Es pequea usada como oficina del perforador y para almacenar carpeta y datos importantes.

RAMPA DE TUBERIASEs una rampa inclinada donde son colocadas las tuberas antes de alzarlas del suelo del equipo de perforacin.

PASILLO DE TUBERIAS

No es ms que un pasillo entre la tarima para tuberas y la base de rampas; donde estn las tuberas antes de ser colocadas en la rampa de tuberas.

GATO HIDRAULICO

Usado para realizar conexiones y desconexiones cuando grandes tuberas o portamechas son agregadas al sistema o removidas durante un viaje sobre o fuera del pozo.

PLAYA DE ALMACENAJE TUBULAR

DEFINICION Estn conformadas por pequeos armazones hechos preferentemente con material de acero, o puede ser con material de descarte de anteriores perforaciones.

Su objetivo es suministrar material tubular necesario durante la perforacin del pozo (caeras de revestimiento, tuberas de perforacin, portamechas, etc.).

Los tubos deben estar sobre caballetes, no se deben estibar tubos directamente en el suelo, sobre rieles, pisos de acero o concreto. La primera hilera de tubos no debe estar a menos de 46cm del piso de manera que no se vean afectados por humedad en el polvo, en el caso de las aleaciones resistentes a la corrosin si los tubos tienen colocados una cubierta de plstico, se recomienda sacarlos y estibarlos.

Cuando se requiera almacenarlos durante periodos prolongados es aconsejable hacerlo en lugares cerrados con circulacin de aire para evitar la condensacin del agua. Los tubos deben colocarse sobre soportes adecuadamente espaciados para que no se produzcan flexiones o daos en las roscas. Dichos separadores deben estar sobre un mismo plano razonablemente nivelado y sostenido por bancales apropiados que soporten toda la carga sin hundirse en el caso de aleaciones resistentes a la corrosin los tubos deben apoyarse sobre soporte no metlicos, colocar listones de madera a modo de separadores entre las sucesivas hileras de tubo, de manera que las cplas no tengan que soportar peso. Es conveniente usar por lo menos tres listones espaciadores .Cuando se utilizan espaciadores de madera en el estibado de tubos CRA (son aleaciones resistentes a la corrosin) se recomienda recubrir con una pintura plstica la parte del tubo que quede en contacto con la madera por lo general la madera contiene cloruros por lo que pueden producirse picaduras.

Si se utilizan espaciadores de madera sin la proteccin de una lmina plstica, el rea en contacto deber inspeccionarse peridicamente (2-5% de los tubos todos los meses).

Colocar listones espaciadores en ngulos rectos con respecto a los tubos y directamente encima de los listones y soportes inferiores, para evitar flexiones, hay que asegurare los tubos clavando tacos de madera de 2,5 x 5cm o de 5x5 cm. En ambos extremos de los listones espaciadores. si se usan topes metlicos , es necesario recubrirlos previamente.

CALCULO DE LA EFICIENCIA DE LA TORRE

CALCULO DEL FACTOR EFICIENCIA DE LA TORRE

Calcular el factor de eficiencia de la torre compuesta de 6 poleas mviles si se tiene un peso en el gancho de 850000 libras cuando la lnea muerta est anclada al frente de este.

DATOS

W=850000 libras # de poleas mviles = 6 Calculo del # de lneas

(n) = # de lneas = # de poleas mviles *2

(n) = # de lneas = 6*2 = 12

Eficiencia del # de lneas (e)

e = 0,77 Factor de correccin ()

() = n / # de patas

() = 12 / 4 = 3# DE LINEAS EFICIENCIA

6 0,874

8 0,841

10 0,81

12 0,77

14 0,74

DATOS

CARGA DE LA TORRE(LIBRAS) PATAA(LIBRAS) PATAB(LIBRAS) PATAC(LIBRAS) PATAD(LIBRAS)

GANCHO W850000 W/# de patas212500 W/# de patas212500 W/# de patas212500 W/# de patas212500

LINEAVIVAW/(n*e)91991 W/2(n*e)45996 W/2(n*e)45996 ..

LINEA MUERTA W/n70833 70833.....

SUMATOTAL 1012824 329329 258496 212500 212500

CARGA TOTAL DE LA TORRE

CTT = 1012824 libras MAXIMA CARGA EQUIVALENTE

MCE = # DE PATAS * PATA (A)

MCE = 4 * 329329 = 1317316libras FACTOR DE EFICIENCIA DE LA TORRE

FET = CTT / MCE= *100 = FET= 1012824/1317316=* 100 FET= 77% Esto significa que de la capacidad segura de la torre solamente el 77% se est aprovechando, la nica manera de aprovechar el 100% sera colocando la lnea muerta entre C y D sin embargo por razones operacionales esto no se puede hacer.