Sistema de Circulacion

FACULTA DE INGENIERIA

Elementos de Perforación

TEMA 2 Principales componentes del equipo de perforación Objetivo: El alumno identificará el funcionamiento e interrelación de los sistemas que constituyen el equipo de perforación rotatorio. 2.1. Sistema de suministro de energía. 2.2. Sistema de izaje. 2.3. Sistema de circulación. 2.4. Sistema rotatorio. 2.5. Sistema de control. 2.6. Sistema de medidor de parámetros de perforación.

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Sistema de circulación

La función principal del sistema de circulación, es la de extraer los recortes de roca del pozo durante el proceso de perforación. El sistema esta compuesto por equipo superficial y sub superficial como se muestra en la siguiente figura:

Sub superficial

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Sistema de circulación

El equipo superficial esta compuesto por:  Las bombas  Las presas de lodo (descarga, de asentamiento y la de succión)  El stand Pipe, swivel y flecha  El equipo de control de sólidos  El desgasificador  Temblorina

Bombas de lodo

Stand pipe

Temblorina Presas

Eliminador de sólidos

El equipo sub superficial esta compuesto por:     

Tubería de perforación Los preventores Lastrabarrenas Barrena El pozo mismo Prof. Ing. Israel López Valdez

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Sistema de circulación

Bombas

 Las bombas.- El componente más importante en el sistema de circulación es la bomba de lodos y la potencia hidráulica suministrada por ésta, ya que de esto dependerá el gasto y la presión requeridas para una buena limpieza del pozo. HHPb potencia hidráulica de salida en los motores en (HP)

HHPb =

PQ 1714 Eb

donde:

P

presión de descarga de la bomba en (lb/pg2)

Eb

eficiencia mecánica de la bomba (0.85)

Q

gasto de la bomba en (gal/min)

En la industria petrolera se utilizan dos tipos de bombas: Bomba duplex.- Estas bombas se caracterizan por estar constituidas de dos pistones y manejar altos gastos pero baja presión de descarga. Son de doble acción, o sea que bombean el fluido en los dos sentidos. En la actualidad estas bombas se utilizan en los equipos que reparan pozos ó en perforación somera. La presión máxima recomendada de trabajo para estas bombas es de 3,000 lb/pg2. Bomba triplex.- Están constituidas por tres pistones de acción simple y se caracterizan por manejar altas presiones de descarga y altos gastos y son de fácil mantenimiento. Estas bombas son las más utilizadas en la industria petrolera. Prof. Ing. Israel López Valdez

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Bombas

El gasto que proporciona una bomba dependiendo de sus componentes y de su eficiencia volumétrica se obtiene con las siguientes ecuaciones: Duplex

Qbd = 0.0068 (2d2p – d2r) Lc Eb Ne Triplex

Qbt = 0.0102 (d2p ) Lc Eb Ne

Qbd

gasto de la bomba duplex en (gal/emb)

Qbt

gasto de la bomba triplex en (gal/emb)

dp

diámetro del pistón en (pg)

dr

diámetro del vástago en (pg)

Lc

longitud de la camisa en (pg)

Eb

eficiencia volumétrica

Ne

número de emboladas (no./min)

Ej.: Cuál será la potencia hidráulica de una bomba que proporciona un gasto de 400 gal/min y una presión de descarga de 1500 lb/pg2?.

HHPb =

P Q2 1714 Eb

=

1500 x 400 1714 (0.85)

= 412 HP

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Bombas

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Para perforar la tercer etapa de 13 3/8” de un pozo a 3,500 m se requiere un gasto de 385 gal/min y una presión de 200 kg/cm2. Si en el equipo se tiene una bomba triplex con pistones de 4”, la eficiencia volumétrica es del 88% a 60 emb/min Cual es la potencia de la bomba y que longitud de camisa es requerida?. 1.- Cual es la potencia de la bomba

HHPb =

P Q2 1714 Eb

=

2844 x 385 1714 (0.85)

= 725 HP

2.- Cual debe ser la longitud de las camisas para obtener el gasto y la presión requerida.

Qbt = 0.0102 (d2p ) Lc Eb Ne Lc =

385 0.0102 (16 ) 0.88 x 60

Lc =

Qbt 0.0102 (d2p ) Eb Ne

= 44.68 pg

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Tarea Encuentre el gasto que proporciona una bomba duplex que trabaja a 50 emb/min, tiene una eficiencia volumétrica del 83% y tiene las siguientes características: Diámetro del pintón 5 pg Diámetro del vástago 1.5 pg Longitud de la camisa 25 pg Si se quisiera incrementar el gasto obtenido en un 75%, cual seria el No de emboladas por min a las que debe trabajar la bomba?.

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Bombas

Las bombas triplex presentan algunas ventajas sobre las duplex:  Pesan un 30% menos que las duplex.

A mayor diámetro de camisa mayor gasto > Dc > Q

 Manejan alta presión y alto volumen.

A mayor diámetro de pistón menor presión > d < P

 Son de fácil mantenimiento.  Resultan menos costosas

Partes de una bomba Salida

Cámara de pulsaciones Pistón Vástago

Válvulas

Camisa Entrada

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Bombas

Existe otro tipo de bombas en los equipos de perforación, comúnmente llamadas centrifugas, estas bombas son mucho mas pequeñas que las anteriores, la presión de trabajo es de solo unas cuantas libras aunque el gasto puede llegar a los 100 gal/min. Estas bombas son utilizadas para: • Preparar el lodo en el pozo. • Distribuir el agua en el equipo. • Como precarga de las bombas de lodo. • En la preparación de baches. •

Abasteciendo

de

agua

en

las

cementaciones. • Para la limpieza del equipo.

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Bombas

Si las bombas no trabajan de forma eficiente proporcionando el gasto de lodo y la presión adecuada se pueden presentar los siguientes problemas:  Limpieza inadecuada del pozo.  Disminución en la velocidad de penetración.  Atrapamiento de la sarta de perforación.  Incremento en el costo del pozo.

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Presas de lodo

En la actualidad las presas de lodo son recipientes metálicos utilizados para el almacenamiento y tratamiento del lodo de perforación. Generalmente se utilizan tres presas conectadas entre sí, con la capacidad suficiente para almacenar cuando menos 1.5 veces el volumen total del pozo. Presa 1.- Es conocida como presa de descarga ya que en ella es donde descarga el pozo, es aquí donde se instala la temblorina para eliminar los recortes de mayor tamaño (40 micras). Presa 2.- Es conocida como presa de asentamiento, es aquí donde se le da tratamiento al lodo y se instala el equipo de control de sólidos para eliminar los sólidos de menor tamaño. Presa 3.- Es conocida como presa de succión porque de aquí la bomba de lodos succiona el lodo para enviarlo al pozo. Prof. Ing. Israel López Valdez

Presas 3 2

1

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Presas de lodo

Además de las presas reglamentarias existen otras presas. Presa de reserva.- Presa utilizada para almacenar lodo cuando se ha presentado una perdida de circulación y para mantener lodo de baja o alta densidad. Presa de baches .- Como su nombre lo indica es una presa utilizada para preparar pequeños volúmenes de baches como:    

Bache despegador Bache de lodo pesado Bache de lodo viscoso Bache testigo

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Sistema de circulación

El stand pipe.- Es una pieza tubular fijada a una pierna del mástil, en el extremo inferior se conecta con la descarga de la bomba y en el extremo superior se conecta a una manguera flexible de alta presión.

Stand pipe Cuello de ganso y swivel.- El cuello de ganso es una pieza tubular que une a la manguera flexible con el swivel. El swivel se conecta en su parte inferior con la flecha o kelly y nos permite girar la sarta de perforación mientras se circula.

Cuello de ganso

Manguera flexible

Manguera

Swivel

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Sistema de circulación

Eq control de sólidos

La temblorina es el primer equipo utilizado para el control de los sólidos producto de la perforación, se instala sobre la presa de descarga, consta de una malla que es vibrada mediante un motor. El tamaño de las partículas retenidas depende del tamaño de la malla utilizada, generalmente retiene partículas mayores de 40 micras. Para la eliminación de partículas mas pequeñas se utilizan los hidrociclones y centrifugadoras. Temblorina

Si los sólidos no son eliminados con efectividad pueden ocasionar los siguientes problemas:  Aumento en la densidad del lodo.  Reducción en la velocidad de penetración.  Daño al equipo superficial de circulación.  Pegaduras por presión diferencial.  Aumento de viscosidad.  Perdidas de circulación. Prof. Ing. Israel López Valdez

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Sistema de circulación

Eq control de sólidos

Para el control de sólidos existe una variedad de equipos que se clasifican en base al tamaño de partícula que pueden eliminar o retener. Estos equipos son instalados inmediatamente después de la presa de descarga o de la de asentamiento. Hidrociclon

Centrifuga

Eliminan partículas De 40 a7 micras

Remueve partículas de 7 a 5 micras La barita tiene 7 micras

Existen en diferentes tamaños

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Sistema de circulación

Desgasificador

El equipo desgasificador es de suma importancia, ya que a menudo se perforan formaciones con algún contenido de gas, el cual al ser incorporado al lodo disminuye la densidad del mismo ocasionando inestabilidad y reventones en el pozo.

Los problemas principales ocasionados ineficiente eliminación del gas en el lodo so:

por

una

 Disminución en la densidad del lodo de perforación.  Aportación de fluidos de la formación perforada.  Reventones.  Contaminación del lodo de perforación.  Inestabilidad del agujero perforado. Prof. Ing. Israel López Valdez

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Equipo auxiliar

Además del equipo mencionado anteriormente, existe el equipo auxiliar que nos permite mantener en optimas condiciones el lodo de perforación e incrementar las condiciones de seguridad. Estos equipos son: Agitador

Para evitar la depositacion de los sólidos y mantener el lodo de perforación en condiciones homogéneas.

Totalizador de volumen

Para monitorear el volumen total del lodo de perforación, nos indica cuando se presenta un aumento o disminución del volumen. Prof. Ing. Israel López Valdez

Tanques de barita

Son utilizados para el almacenamiento de la barita en el pozo, son tanques presurizados.