PERFORACION ROTATORIASISTEMA DE POTENCIA

Constituido por motores de combustión interna, los cuales generan la fuerza o energía requerida para la operación de todos los componentes de un taladro de perforación. En un taladro de perforación se necesitan varios motores para proveer esta energía, estos en su mayoría son del tipo Diesel por la facilidad de conseguir el combustible; dependerá del tamaño y capacidad de la torre, él número de motores a utilizar. La energía producida es distribuida al taladro de dos formas: mecánica o eléctrica.

La potencia requerida para operar el taladro se genera con el uso de grandes motores de combustión interna, que son las fuentes primarias de potencia. Según la clase de motor primario empleado para generar potencia, esta se transmite por medios mecánicos o eléctricos a los componentes del taladro para su adecuado funcionamiento.

El sistema de potencia se puede subdividir en dos componentes principales:

Fuentes primarias de potencia (motores primarios) los que generan casi toda la potencia que requiere el taladro.

Sistema de transmisión de potencia que distribuye la potencia a los componentes del taladro.

1. Fuentes primarias de potencia.

Los motores primarios son las principales fuentes de generación de potencia en el taladro de reacondicionamiento. Estos motores son muy grandes de combustión interna, generalmente emplean carburante diesel.

Los taladros se clasifican según el tipo de motores que se emplean ya sean de gas, diesel o diesel eléctricos. La ubicación de los motores primarios varían de un taladro a otro y esto depende del tipo de sistema de transmisión empleado, la disponibilidad de espacio en el taladro y el número de unidades requeridas.

Los motores pueden estar localizados:

Debajo del taladro. En el piso del taladro. Al lado del taladro. Alejado del taladro.

2. Sistema de transmisión de potencia.

La potencia generada por los motores primarios, hay que transmitirla a los sistemas principales del taladro. Casi todos los componentes del taladro requieren de potencia. La mayor parte de potencia generada se consume en el malacate, los componentes de rotación y las bombas de lodos. Además requiere potencia adicional para los instrumentos como son los ventiladores de los motores, el aire acondicionado, etc.

La transmisión de potencia se realiza mecánicamente o eléctricamente:

2.1 sistema de transmisión mecánica de potencia.

Este sistema de transmisión de potencia está compuesto del motor o motores y de un arreglo elaborado de piñones y cadenas, o sistemas de enlaces, que requieren de una cuidadosa organización y alineación. Los sistemas mecánicos de transmisión de potencia en la actualidad son los más usados, aunque se utilizan cada día con más frecuencia los sistemas eléctricos.

2.2 Sistema de transmisión eléctrica de potencia.

Este sistema se compone de generadores eléctricos accionados por motores a diesel. Estos a su vez, generan la potencia que se transmite por cables hasta los diferentes sistemas del taladro.

Un sistema diesel eléctrico de transmisión tiene algunas ventajas sobre el sistema mecánico:

Da mayor flexibilidad a la ubicación de las unidades. Elimina los complicados arreglos de los motores enlazados en la línea y los

piñones y cadenas del sistema mecánico. Presenta menos problemas de alineación. Es un sistema más compacto y portátil.

Sistemas de Energía.

Para llevar a cabo los trabajos de perforación se encuentran tres tipos principales de equipos, de acuerdo al sistema generador de potencia:

1. Sistema de Diesel Mecánico (convencional).

Los equipos de perforación diesel mecánico, son aquellos en que la transmisión de energía desde la toma de fuerza del motor diesel de combustión interna hasta la fecha de entrada de la maquinaria de perforación (malacate, rotatoria y bombas de lodo), se efectúan a través de convertidores de torsión, flechas, cadenas, transmisiones, cuya eficiencia mecánica varia y generalmente anda por el orden de 60% promedio.

2. Sistema Diesel Eléctrico C.D./C.D.

Los equipos de perforación con sistema c.d/c.d. usan generadores y motores de corriente directa que tiene una eficiencia aproximada de un 95%. La eficiencia real en conjunto con la maquinaria de perforación es de 87.5% debido a perdidas adicionales en los requisitos de fuerza de los generadores por inducción en el campo, soplador de enfriamiento, temperatura en conmutador, escobillas y longitud del cable alimentador. En este sistema, la energía disponible se encuentra limitada por la razón de que solo un generador c.d. se puede enlazar eléctricamente a un motor para impulsar el malacate.

3. Sistema Diesel eléctrico C.A./C.D.

Los equipos de perforación con sistema c.a./c.d. (corriente alterna / corriente directa), están compuestos por generadores de c.a. y por rectificadores de corriente (alterna directa) scr´s (silicon controlled rectifier). Obtienen una eficiencia de un 98%; cuya energía disponible se concentra en una barra común (PCR) y puede canalizarse parcial o totalmente a la maquinaria de perforación (rotatoria, malacate y bombas) que se requiera.

La ventaja de este tipo de sistema es tal que, en un momento dado y de acuerdo a las necesidades, toda la potencia concentrada en las barras podría dirigirse o impulsar al malacate principal teniendo disponible una potencia de 2000 H.P.

Transmisión de energía.

Se tienen dos métodos comunes para transmitir la potencia hasta los componentes de la instalación: el mecánico y el eléctrico. En una instalación de transmisión mecánica, la energía se transmite desde los motores hasta el malacate, las bombas y otra maquinaria. Se hace a través de un ensamblaje de distribución que se compone de embragues, uniones, ruedas dentadas, poleas y ejes.

En una instalación diesel eléctrica, los motores suministran energía a grandes generadores que a su vez producen electricidad que se transmite por cables hasta un dispositivo de distribución y de este a los motores eléctrico que van conectados directamente al equipo: el malacate, las bombas de lodo y la mesa rotatoria.

Una de las ventajas principales del sistema diesel – eléctrico sobre el sistema mecánico, es la eliminación de la transmisión de la central de distribución y la transmisión de cadenas, así como la necesidad de alinear la central de distribución con los motores y el malacate. Los motores se colocan lejos del piso de instalación, reduciendo así el ruido de los motores.

Motores CAT

Corte transversal del sistema de admisión de escape

Entre los equipos de los diferentes sistemas de la perforación rotatoria tenemos a los siguientes:

1. Bombas de lodo.

Las bombas de lodo son el elemento clave en cualquier operación.Generalmente, un taladro cuenta con tres bombas de lodo de las cuales dos están operando y una se mantiene en standby. Las bombas deben tener la suficiente capacidad de descarga y presión para llegar a la producida total programada. Las bombas de lodo son el corazón de un taladro.

Se usan dos tipos de bombas que son: Dúplex y triplex.

1.1 Bombas Dúplex.

Son aquellas que poseen dos cilindros y envían fluido a gran presión en dos sentidos tanto de ida como de vuelta.

Otra fórmula para expresar el caudal de la bomba Dúplex:

Qs=0.000324 (D )2∗(S )−0.000162∗¿

Dónde:

Qs = Caudal de la bomba Dúplex (Bbl/emb.)(D )2 = Diámetro de la Camisa (pulg.)(S ) = Longitud de la Embolada (pulg.)¿ = Diámetro del Vástago (pulg.)

1.2 Bombas Triplex.

Son bombas que tienen tres cilindros y evacuan fluido a gran presión en un solo sentido.

Otra fórmula para expresar el caudal de la bomba Triplex:

Qt=0.000243∗D 2∗S

Dónde:

Qt = Caudal de la bomba Triplex (Bbl/emb.)D2 = Diámetro de la camisa (pulg.)S = Longitud de la Embolada (pulg.)

Otra fórmula para expresar el caudal de la bomba Triplex en (gpm):

Qt=3∗D2∗0.7854∗S∗0.00411∗(SPM )

Dónde:

Qt = Caudal de la bomba Triplex (gpm)D2 = Diámetro de la camisa (pulg.)S = Longitud de la Embolada (pulg.)(SPM ) = Emboladas por minuto.

2. Malacate.

Es la unidad de potencia más importante de un equipo. Por lo tanto, su elección requiere de un mayor cuidado al adquirir los equipos o, en su caso, al utilizar en un programa específico.

Los malacates han tenido algunos cambios evolutivos, pero sus funciones son las mismas. Es un sistema de levantamiento en el que se puede aumentar o disminuir la capacidad de carga, a través de un cable enrollado sobre un carrete.

La potencia nominal de los malacates se establece para velocidades al gancho con 8 líneas en la polea viajera:

Vg=90a120 pie /min

Originado por los cambios tecnológicos en la perforación, cada vez es menor el número de viajes requeridos para perforar un pozo. Por lo tanto, la importancia de la velocidad económica del gancho ha disminuido; en consecuencia, podemos aceptar operar con velocidades menores en periodos cortos.

En la siguiente grafica se observa como varia el caballaje requerido en función de la velocidad de extracción:

En la siguiente grafica se observa que al aumentar el peso aumenta el tiempo de izaje (disminuye la velocidad).

Ejemplo:

El diámetro mínimo del carrete para un malacate debe ser de 20 a 24 veces mayor que el diámetro del cable. Con este valor, la resistencia al rompimiento del cable enrollado sobre el carrete, será del 92 al 85 % de su resistencia total.

Calculo de la longitud del Carrete.

3. Mesa rotatoria.

Se trata de una maquinaria sumamente fuerte y resistente que hace girar al cuadrante (Kelly), y a través de este a la sarta de perforación y a la mecha funciona por intermedio de un buje de transmisión, el cual transmite el momento de torsión (torque) e imparte el movimiento giratorio a la sarta. Retiene a las cuñas que soportan el peso de toda la sarta de perforación cuando no está soportada por el gancho y los elevadores. Los accesorios de la mesa rotatoria permitirán hacer girar las herramientas en el hoyo y sostener la sarta de perforación mientras se hacen las conexiones o viajes.