SISTEMA DE ROTACIÓN

5/15/2018 SISTEMA DE ROTACI N - slidepdf.com

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SISTEMA DE ROTACIÓNEl sistema de rotación del taladro tiene como primordial función hacer girar elelemento cortante situado en el extremo de la sarta, a fin de penetrar la cortezaterrestre. El sistema rotatorio es parte esencial del taladro o equipo deperforación. Es aquel que hace girar la sarta de perforación y permite el avancede la mecha desde la superficie hasta la profundidad programada.El sistema de rotación comprende los siguientes componentes:1. Ensamblaje rotatorio: Es el encargado de transmitir el movimiento a lasarta de perforación.2. Sarta de perforación: Es el enlace entre el ensamblaje rotatorio y lamecha.3. Herramientas de Corte y o Fractura: son las encargadas de romper las

formaciones mediante la aplicación de peso y rotación sobre ellas.1.- EL ENSAMBLAJE ROTATORIO está formado por los siguientescomponentes:Mesa rotatoriaEs el equipo generador del movimiento rotatorio. Este movimiento puede serobtenido mediante transmisión desde el malacate o con motores individuales.Es una maquinaria sumamente fuerte y resistente que hace girar el cuadrante ya la sarta de perforación. Cuando la perforación avanza, la mesa rotatoria girahacia la derecha; luego, cuando se extrae la tubería del hoyo, la mesa sostienela sarta de perforación con las cunas durante los intervalos cuando la tuberíano esta suspendida del gancho. Cuando la mecha llega al fondo del hoyo, lamesa rotatoria vuelve a girar variando su velocidad entre 40 a 200 RPM. A

medida que el hoyo se va profundizando, el cuadrante baja a través de losbujes que van montados en las aberturas de la mesa. La mesa rotatoria tieneuna superficie relativamente plana y limpia con una sección antiresbalante paramejor seguridad de la cuadrilla de trabajo. Los accesorios de la mesa rotatoriapermitirán hacer girar las herramientas en el hoyo y sostener la sarta deperforación mientras se hacen las conexiones o viajes.Tiene dos funciones principales: impartir el movimiento rotatorio a la sarta deperforación y sostener todo el peso de esta sarta mientras se le enrosca otrotubo para seguir ahondando el hoyo, o sostener el peso de la sarta cuando seanecesario para desenroscar toda la sarta en parejas o triples para sacarla todadel hoyo.Las principales características para una mesa rotatoria son:

• Diámetro libre• Máxima velocidad de rotación• Máxima carga estática.



Buje Maestro:Es un buje seccionado (2 mitades) que se insertan en el espacio interior de la

mesa rotatoria.El Buje Maestro es un dispositivo que va colocado directamente en la mesarotatoria y sirve para acoplar el buje de transmisión del cuadrante con la mesarotatoria, de tal manera que el impulso de rotación o torsión de la mesa, puedaser transmitido al cuadrante y así pueda hacer girar a la sarta de perforación.También proporciona la superficie ahusada o cónica, necesaria para sostenerlas cuñas cuando estas sostienen la tubería.Tanto los bujes, como el interior de la mesa, son ahusados y su finalidad espermitir el acople de la mesa rotatoria con el buje del cuadrante.Buje de Transmisión del Cuadrante.El cual es un dispositivo que va colocado directamente sobre la mesa rotatoriay por medio de la cual pasa el cuadrante. Está acopiado al buje maestro,

permitiendo que la mesa rotatoria al girar, haga girar al buje del cuadrante yeste a su vez hace girar al cuadrante y a la sarta de perforación.Es el encargado de transmitir la rotación de la mesa rotatoria a la sarta deperforación, mediante el cuadrante.“Cabalga” en la parte inferior del cuadrante y se moviliza junto con éste comouna unidad integral.Posee un conjunto de rodillos, que le permiten amoldarse a la forma delcuadrante (cuadrado o hexagonal).1.1 ENSAMBLAJE ROTATORIO TOP DRIVEEs un equipo instalado justamente debajo de la unión giratoria y se usa parareemplazar el cuadrante, buje del cuadrante y la mesa rotatoria.La rotación de la sarta de perforación se logra a través de motores eléctricos o

hidráulicos incorporados al top drive.Consiste en que !a sarta de perforación y el ensamblaje de fondo reciben laenergía para su rotación, desde un motor que va colgado del Bloque Viajero. Elequipo cuenta con un Swibel integrado, un manejador de tubería, el cual poseeun sistema para enroscar y desenroscar tubería, una cabeza rotatoria yválvulas de seguridad.



Ventajas. Menor tiempo de conexión

. Tiempo de viaje

. Menos riesgo de atascamiento diferencial

. Perforación direccional óptima

. Repaso o rectificación del hoyo

. Ampliación del hoyo

. Disminución de accidentes

. Cierre más rápida del pozo en caso de arremetidasDesventajas. Costo de adquisición. Instalación. Mantenimiento. Inexperiencia del personal

. Numero de conexiones

. Riesgo de atascamiento durante las conexiones por longitud de elongación

. Corrida de registros dentro de la tubería

. Ocupación del encuellador.2.- SARTA DE PERFORACIÓNConstituida principalmente por la tubería de perforación una tubería especial deparedes gruesas llamada Portamechas o Lastrabarrenas y la barrena. Latubería de perforación se agrega al pozo a medida que se profundiza el hoyo;los lastrabarrenas se usan para aplicar peso sobre la formación, y la barrena esel elemento de corte. El lodo circula a través de los portamechas al igual que através de la tubería de perforación. Transmite la potencia rotatoria a la mechapara poder perforar.

Básicamente transmite la potencia rotatoria y el fluido de perforación desde lasuperficie hasta la mecha.Función de la sarta de perforaciónLa sarta de perforación Es el conjunto de tuberías y herramientas que permiten:· Hacer girar la mecha· Proveer peso suficiente para penetrar la corteza terrestre· Proporcionar un conducto para la circulación del fluido de perforación.· Permitir perforar un pozo con una dirección e inclinaciónpreestablecidas.



Ventajas. Menor tiempo de conexión. Tiempo de viaje. Menos riesgo de atascamiento diferencial. Perforación direccional óptima. Repaso o rectificación del hoyo. Ampliación del hoyo. Disminución de accidentes. Cierre más rápida del pozo en caso de arremetidasDesventajas. Costo de adquisición. Instalación

. Mantenimiento

. Inexperiencia del personal

. Numero de conexiones

. Riesgo de atascamiento durante las conexiones por longitud de elongación

. Corrida de registros dentro de la tubería

. Ocupación del encuellador.2.- SARTA DE PERFORACIÓNConstituida principalmente por la tubería de perforación una tubería especial deparedes gruesas llamada Portamechas o Lastrabarrenas y la barrena. Latubería de perforación se agrega al pozo a medida que se profundiza el hoyo;los lastrabarrenas se usan para aplicar peso sobre la formación, y la barrena esel elemento de corte. El lodo circula a través de los portamechas al igual que a

través de la tubería de perforación. Transmite la potencia rotatoria a la mechapara poder perforar.Básicamente transmite la potencia rotatoria y el fluido de perforación desde lasuperficie hasta la mecha.Función de la sarta de perforaciónLa sarta de perforación Es el conjunto de tuberías y herramientas que permiten:· Hacer girar la mecha· Proveer peso suficiente para penetrar la corteza terrestre· Proporcionar un conducto para la circulación del fluido de perforación.· Permitir perforar un pozo con una dirección e inclinaciónpreestablecidas.



Componentes de la sarta de perforación· Unión giratoria· Cuadrante· Tubería de perforación· Tubería de transición· Portamechas· Herramientas especialesUNION GIRATORIA (SWIVEL)Forma parte, tanto del sistema de rotación, como del sistema de circulación deltaladro, en aplicación a sus funciones principales:Permitir el pase de fluido a través de ella, mediante un conducto internoempacado y absorber la rotación de la sarta mediante un sistema de

engranajes.Soporta el peso de la sarta de perforación y va colgada en el gancho del bloqueviajero.Posee una conexión para la manguera lodo y se clasifica en función de sucapacidad de carga.Está conectada directamente a la válvula de seguridad y al cuadrante,permitiendo que la sarta de perforación gire. Además de sostener la sarta, sirvede conducto para que el lodo de perforación circule. Puede girar a mas de 200revoluciones por minuto, sostener cargas de cientos de toneladas y soportarpresiones hidráulicas mayores a 3000 libras por pulgada cuadrada. Estáconstruida de acero de alto grado ya que debe soportar grandes esfuerzos, locual garantiza una alta durabilidad. Además, la unión giratoria proporciona una

conexión para la manguera de rotatoria por donde circulara el fluido deperforación.CUADRANTE O JUNTA KELLYEl cuadrante es la primera porción de la tubería por debajo de la unión giratoria.La sección transversal exterior puede ser cuadrada o hexagonal, para permitirun acople adecuado al buje y poder girar.El torque se trasmite al cuadrante a través del buje, el cual encaja en el bujemaestro de la mesa rotatoria.Debe mantenerse tan recto como sea posible. Si se rota un cuadrante dobladoorigina un movimiento que conduce a un desgaste innecesario sobre el bloquede corono, cable de perforación, uniones giratorios y las conexiones roscadasde la mayor parte de la sarta de perforación.



La rosca del extremo inferior del cuadrante es derecha, mientras que lasuperior es izquierda, para permitir la rotación a la derecha de la sarta deperforación.Entre el cuadrante y el primer tubo de perforación se usa un sustituto deprotección (Kelly Saber Sub), para prevenir el desgaste de la roca inferior delcuadrante y para proporcionar un sitio de instalación para un protector degoma, el cual mantiene centralizado el cuadrante.Es un tramo de la tubería de forma cuadrada hexagonal o triangular,generalmente de 40 píes de largo, cuyo objetivo es transmitir el movimiento derotación de la mesa rotatoria a la sarta de perforación. A medida que el bujemaestro de la mesa rotatoria gira, este hace girar el buje del cuadrante; comola tubería de perforación esta conectada a la base del cuadrante, esta también

tiene que girar. Igualmente, el cuadrante es parte del sistema de circulación delfluido de perforación. Un pozo de petróleo o gas es perforado en tramos cuyalongitud es igual al tamaño del cuadrante; tan pronto el cuadrante hayaperforado toda su longitud, o sea, cuando la unión giratoria queda cerca de lamesa rotatoria se sube la sarta de perforación para desconectar el cuadrantede la junta superior de tubería La mecha quedara fuera del fondo en unadistancia equivalente a la longitud del cuadrante, luego Se conecta una nueva

junta de tubería al cuadrante, se levanta y se hace la conexión a la sarta deperforación.El cuadrante posee una serie de accesorios que tienen funciones especificas yentre ellos se encuentran:La Unión Sustituto del Cuadrante, localizada en la parte inferior del cuadrante y

se conecta con la sarta de perforación. Se utiliza para mantener al mínimo eldesgaste del enroscado del cuadrante.La Válvula de Seguridad del Cuadrante forma parte del sistema de circulacióndel fluido de perforación y esta colocada entre la unión giratoria y el cuadrante.Cuando se produce un contraflujo de alta presión dentro de la sarta deperforación, se cierra la válvula para impedir que la presión llegue a la unióngiratoria y a la manguera de lodos La Válvula de Seguridad para Tubería dePerforación es usada como unidad de seguridad. Cuando se tiene unaarremetida durante un viaje de tubería, se conecta abierta la válvula al extremosuperior de la tubería de perforación y se cierra, luego se conecta el cuadrantey se abre la válvula de seguridad restableciéndose la circulación del lodo.TUBERIA DE PERFORACIÓN

Constituye la mayor parte de la sarta de perforación, esta soportada en la partesuperior por el cuadrante, el cual le transmite la rotación a través de la mesarotatoria. Un tubo de perforación mide aproximadamente 30 píes, cada tubotiene dos roscas, una interna denominada caja y otra externa conocida comoespiga o pin. Cuando se conecta un tubo a otro, la espiga se inserta en la cajay la conexión se enrosca. La tubería de perforación puede sufrir fallas



originadas por corrosión, la cual comienza generalmente en el interior de latubería.

La tubería de uso común es fabricada en un proceso laminado en caliente ytaladrado resultando una unidad sin costura.El API (Instituto Americano de Petróleo) ha implementado especificacionespara la tubería de perforación caracterizándola por su diámetro extremo, pesopor pie, grado de acero y rango de longitud.La tubería de perforación se fabrica en los rangos de longitudes API siguientes:

La sección del tubo soldada a la unión tiene una pared más gruesa paraproporcionar una unión resistente.Esta porción más gruesa del tubo se llama recalcado (upset).Si el espesor extra del tubo es obtenido disminuyendo su diámetro interno, latubería tiene recalcado interno (IU en los manuales API).Un tubo de perforación puede ser con recalcado externo (EU) o con recalcadoexterno/interno (IEU).

TUBERÍA DE TRANSICIÓNTiene diferentes usos en función del tipo de pozo a perforar:• Pozos verticales: como zona de transición entre la tubería deperforación y los portamechas, como protección de la tubería deperforación.• Pozos horizontales: se usa en la sección curva y en la secciónhorizontal.• Pozos direccionales: se usa en lugar de los portamechas paraproveer el peso necesario sobre la mecha.

Características· Más pesada que la tubería de perforación normal.· Punto de contacto (recalque) central, para estabilización.· Más resistentes al pandeo.· Uniones mas largas para la remanufactura de las piezas.



Directional-wateEs una tubería de transición diseñada para mejorar las características de laheavy wate, entre otras:· Mejorar la limpieza del pozo.· Minimizar la posibilidad de atascamientos diferenciales.PORTAMECHASLa sección inferior de la sarta de perforación está compuesta por losportamechas y herramientas especiales.Los portamechas son tubulares fabricados con acero pesado y de pared gruesausados para aplicar peso sobre la mecha. La tubería de perforación no estádiseñada para este propósito por su tendencia al pandeo.Dada la menor perforación entre los portamechas y la pared del pozo, ayudan a

perforar pozos verticales.Son cuerpos de acero mas pesados que la tubería de perforación y se utilizanen la parte mas profunda del hoyo para darle peso a la mecha y permitir queesta avance y se perfore un hoyo lo más vertical posible, bajo el principio delpéndulo. El peso de los portamechas depende de su longitud, diámetro internoy externo; su longitud API es de 30', aun cuando los hay mas cortos o máslargos Al diseñar la cantidad de portamechas a utilizar, debe conocerse eldiámetro de la mecha, y el diámetro interno debe ser lo suficientemente grandepara evitar caídas altas de presión durante la circulación del Iodo. Al igual quela tubería de perforación, poseen un extremo hembra (caja) y otro macho (pin).HERRAMIENTAS ESPECIALESSon aquellas herramientas y equipos que se colocan en la sarta de perforación

con algún fin específico.Entre estas herramientas especiales se tienen las siguientes:· Estabilizadores· Martillos (Percusores)· Motores de fondo· MWD (Measurement while drilling)· LWD (Logging while drilling)Estabilizadores: Permiten darle estabilidad a la sarta, centralizando losportamechas para minimizar la tendencia a la desviación del pozo, por efectodel peso aplicado para perforar y por la rotación de la mecha en un sentidodeterminado.Existen, fundamentalmente, dos tipos de estabilizadores:

• Integrales.• De elementos reemplazables



Martillos (Percusores): Ayudan a la liberación de las sartas atascadas,mediante el movimiento brusco ascendente o descendente de la herramienta.

Pueden ser:• Mecánicos• Hidráulicos• De funcionamiento combinado.Motores de fondo: Permiten generar potencia directamente en la mecha, sinla necesidad de rotar la sarta de perforación.Se utilizan dos tipos de ellos:· Motores de fondo accionados por turbinas· Motores de desplazamiento positivo.

· Motor tipo turbina: Es una unidad multietapas, de álabes configuradospara proporcionar rotación de la mecha por efecto del empuje del fluidocirculado.· Motor de desplazamiento positivo (PDM): Esta basado en el principiode Moineau y compuesto, fundamentalmente, por un estator y un rotorexcéntrico. El movimiento es logrado bombeando fluido a través de lasarta y dentro de las cavidades progresivas del motor. La presión delfluido a través del motor origina la rotación de este, transmitiendo untorque rotativo a la mecha.El motor de desplazamiento positivo tiene cuatro componentes básicos:· Ensamblaje de la válvula basculante (flotadora).· Ensamblaje de la sección de potencia.

· Ensamblaje de acople.· Ensamblaje de cojinetes.· Válvula flotadoraPermite que la sarta se llene o vacíe automáticamente cuando se mete o sesaca del hoyo.Usa un pistón, activado por la velocidad del fluido, para cerrar los orificios quecomunican el interior de la herramienta con el espacio anular.Cuando no se esta circulando, el pistón se mantiene en la posición superior(orificio abierto), permitiéndole al fluido entrar o salir de la sarta a través de losorificios por encima del motor.· Sección de potenciaCuando se inicia una circulación, el fluido empuja el pistón hacia abajo,

cerrando los orificios y dirigiéndose a través del estator.



Debido a la excentricidad del rotor en el estator, el fluido circulado imparte untorque al rotor, originando la rotación del mismo pasando de una cámara a otra.· AcopleLa rotación se transmite a la mecha a través de un acople (unión) universal yde un sustituto giratorio, en el cual va acoplada la mecha.· Conjunto de cojinetesPara soportar las cargas axiales en la mecha y sustituto giratorio y las cargasradiales, se utilizan cojinetes de empuje y radiales.Un cojinete de empuje superior protege el motor contra cargas hidráulicascuando se esta circulando con el mismo fuera del fondo.MWD (Measurement while drilling)Permite medir en tiempo real, la inclinación y dirección de la trayectoria de un

pozo mientras se perfora.Su aplicación directa es en la perforación direccional controlada.Componentes de la herramienta:· Equipos de apoyo· Ensamblaje del MWD· Sistema de superficie.· Equipos de apoyoNormalmente, es un portamechas antimagnético con un diámetro interioragrandado, para poder alojar en su interior los sensores componentes delsistema de medición y permitir el flujo sin restricción del fluido.El equipo de apoyo consta de un transmisor de señales (pulser) instalado en elextremo superior del MWD.

· Ensamblaje del MWDEstá formado por los elementos necesarios para la transmisión de la señal:• Rotor• Ensamblaje de medición (sensores, componenteselectrónicos)• Sección proveedora de energía (baterías).• Sistema de superficie•

Encargado de decodificar la señal proveniente de la herramienta ytransformarla en registros y coordenadas geográficas.



• La demodulación de la señal enviada por el pulser consiste en dosprocesos: recepción y decodificación.LWD (Logging while drilling)Es una herramienta que permite realizar, mientras se perfora, los perfilescomúnmente corridos después de terminar la fase de perforación (resistividad,rayos gamma, densidad, neutrón).Normalmente forma una unidad integral con el MWD y el motor de fondo.3.- HERRAMIENTAS DE CORTE Y FRACTURASon las herramientas encargadas de penetrar la corteza terrestre y sedenominan mechas, brocas o trépanos.

Mechas integralesEn estas mechas, los elementos cortantes forman parte integral de las mismasy no hay partes móviles.Pueden ser:• De aletas• De diamantes policristalinos sintéticos• De diamantes naturalesMechas integrales: De aletas

Fueron las primeras mechas utilizadas en perforación rotatoria. También seles conoce como mechas “cola de pescado”. El mecanismo de corte de estas mechas es por “arrastre” y son útiles para perforar formaciones muy blandas.

Mechas integrales: De diamantes policristalinos sintéticos (PDC)Son mechas de arrastre, a las cuales se les incorporó cortadores de carburode tungsteno, con una capa fina de diamante policristalino sintético, deaproximadamente 1/ 64 ” de espesor. Son útiles para cortar formaciones blandas, firmes y medianamente duras,no abrasivas.

Su mecanismo de corte es por cizallamiento de la formación.Mechas integrales: De diamantes naturalesMechas diseñadas para formaciones duras y abrasivas.Las superficies cortantes y de calibre son recubiertas (impregnadas) condiamantes naturales, lo cual le da la característica de corte por erosión(esmerilado) de las formaciones.Mechas tricónicasel tipo mas común de mechas utilizadas en perforación rotatoria y sonadecuadas para una gran variedad de características de las formaciones.



Los tres conos de la mecha giran sobre sus ejes, cuando la misma rota en elfondo.Mechas tricónicas: De dientesEste tipo de mechas es utilizado para formaciones blandas, noconsolidadas.Su mecanismo de corte es de incisión y “paleo”, es decir, los dientes penetran en la formación por efecto del peso aplicado sobre la mecha yluego “palean” al girar el cono, provocando la remoción de formación. Mechas tricónicas: De insertos

Su utilización fundamental es en formaciones consolidadas, donde losefectos de incisión y paleo o de cizallamiento no logran penetrar lasformaciones atravesadas.Su mecanismo de corte es por trituración o astillamiento (martilleo).

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