Sistema de Elevacion o Isaje_EXP

SISTEMA DE ELEVACIÓN O IZAJE

El sistema de elevación o sistema de izaje es una parte de la torre de perforación. Su finalidad es proveer un medio para bajar o levantar sartas de perforación o de revestimiento y otros equipos de subsuelo. El sistema de izare es un componente vital del equipo de perforación. Este sistema suministra un medio medio por el cual se da movimiento movimiento vertical ve rtical a la tubería que está dentro del pozo; esto es, bajar y sacar la sarta de perforación. Aporta los medios para levantar y bajar la sarta de perforación, la tubería de revestimiento revestimiento y otros equipos sub superficiales, para realizar conexiones y viajes.

 su finalidad es proveer un medio para bajar o levantar sartas de perforación o de revestimiento y o tros

equipos de subsuelo.  soportar el peso de la sarta de perforación, posiblemente varios cientos de toneladas.  llevar hacia adentro y hacia afuera, según e l caso, la sarta de perforación.  mantener el peso aplicado sobre la broca durante la perforación y el rimado. 

suministra un medio por el cual se da movimiento vertical a la tubería que está dentro del pozo; esto es, bajar y sacar la sarta de perforación.



aporta los medios para levantar y bajar la sarta de perforación, la tubería de revestimiento y otros equipos sub superficiales, para realizar conexiones y viajes.

. Los principales componentes son:

1.-MALACATE Es el elemento que utiliza la ener gía del sistema de potencia para aplicarle una fuerza al cable de perforación. está provisto de un sistema de fre nos para controlar las altas cargas y un sistema de enfriamiento para disipar el calor generado por una fricción en las balatas. el tambor del malacate tiene un ranurado (lebus) para acomodar el cable de perforación. El malacate es la pieza principal del e quipo, es grande y pesado, consiste de un tambor que gira sobre un eje alrededor del cual se enrolla un cable de acero, llamado cable de perforación. también tiene un eje que atraviesa el malacate y que tiene 2 tambores que giran en cada extremo de este eje varios ejes, embragues y transmisiones de cadena, facilitan los cambios de dirección y velocidad. Es un conjunto de componentes de propulsión mecánica. es la parte principal en el sistema de izaje en un equipo de perforación, por lo tanto se tiene que tener bastante cuidado en su mantenimiento, ya que esta unidad se somete a trabajo constante y pesado durante la perforación de un pozo, pues con este conjunto se da movimiento a la sarta de perforación, se introduce tubería de revestimiento y se ocupa para todas las maniobras que se requieren en la perforación de un pozo petrolero

 proporciona fuerza de transmisión de características apropiadas, para permitir que se levanten cargas

de tubería de perforación y de revestimientos con las unidades motrices del equipo. transmite movimientos a la rotaria, en la mayoría de los equipos.  Transmite fuerza a los cabrestantes, para las maniobras de armar y desarmar la tubería de perforación y de revestimiento.  Izar e introducir la tubería al agujero  Transmite la potencia para hacer girar la mesa rotatoria, los carretes auxiliares y sistemas de enrosque

y desenrosque de tubería Es la parte principal en el sistema de izaje en un equipo de perforación, por lo tanto se tiene que tener bastante cuidado en su mantenimiento, ya que esta unidad se somete a trabajo constante y pesado durante la perforación de un pozo, pues con este conjunto se da movimiento a la sarta de perforación, se introduce tubería de revestimiento y se ocupa para todas las maniobras que se requieren en la perforación de un pozo petrolero.

: Dentro de los accesorios encontrados encontrados en el malacate están: m alacate tiene como función detener e l deslizamiento de la a) EL SISTEMA DE FRENOS.-el sistema de frenos en un malacate tubería al interior de un pozo y esto se hace al accionar dos bandas que van montadas en dos tambores acondicionados en el carrete principal para servir de pista de contacto.

Constituido por un freno principal cuya función es parar el carrete; además, se tiene el freno auxiliar que sirve de soporte al freno principal en casos de emergencia. La mayoría de las instalaciones tienen por lo menos dos sistemas de frenos. Un freno mecánico que puede parar la carga inmediatamente .el otro freno, generalmente hidráulico (hidromático) o eléct rico, controla la velocidad de descenso de una carga que a su vez ayuda a no gastar las pastas del freno mec ánico en el bloque del aparejo, pero este segundo freno no detiene el descenso completamente.

b) SISTEMA DE TRANSMISIÓN que provee un sistema de cambios de velocidad que el perforador puede utilizar para levantar la tubería ambos lados del malacate se extiende un eje en cuyos extremos se encuentran dos tipos de cabezales: el de fricción, f ricción, que utiliza una soga que se enrosca varias veces alrededor del carrete para levantar el equipo que tiene que moverse en el piso de la torre.

2.-TAMBOR DE RESERVA  Es un componente del cuadro de maniobras. Es el encargado de enrollar o soltar el cable que va hacia la corona (fast line), para sostener el aparejo. Puede ser liso o con camisas.

: Es el encargado de enrollar o soltar el cable que va hacia la corona (fast line), para sostener el aparejo

3.-EL CABLE DE PERFORACIÓN .

El cable de perforación une al malacate con el ancla del cable y está guarnido a través de la corona y la polea viajera con objeto de darle movimientos verticales a esta. Son los cables o guayas de acero que se utilizan para suspender y sostener las cargas manejadas en la torre. las líneas de perforación pasan por el bloque viajero y por la corona. este cable viene en un gran carrete. las líneas de perforación constan de seis ramales torcidos de acero y cada ramal consta de 9 hebras externas también torcidas que envuelven el núcleo o centro.

El cable de perforación une al malacate con el ancla del cable y está guarnido a través de la corona y la polea viajera con objeto de darle movimientos verticales a esta. El cable de perforación esta generalmente construido con cable de de acero de 1 1/8 a 1 ½pulgadas (2.86 a 3.81 cm) de diámetro. el cable de acero, ace ro, se fabrica a sus ves de alambres de acero, este también requiere lubricación debido al movimiento constante de los alambres dentro del cable de acero, ya que unos van rozando contra otros mientras el cable viaja a través de las poleas en el bloque de la corona y de la polea viajera. ya que es un artículo que se desgasta y se tiene que reponer, puede ser un gasto apreciable en cualquier instalación.

: la principal función de un cable de perforación conjuntamente conjuntamente con otros componentes (poleas) del sistema de izaje es la de dar una ventaja mecánica (vm) para levantar o bajar la sarta de perforación.  transmiten fuerzas, movimientos y energía entre dos puntos. une al malacate con el ancla ancla del cable  soportar el peso de los bloques, esto a la vez vez con todos sus accesorios. accesorios.  viajes para cambio de barrena. 



introducción de tuberías de revestimiento.

El cable debe ser seleccionado selecc ionado de acuerdo con el peso que tendrá que soportar y con el diseño de las rondanas del bloque de la corona y del bloque del aparejo a través de las cuales el cable tendrá que pasar.



El cable debe ser movido periódicamente para que se desgaste igualmente por todos lados, el proce dimiento para cortar el cable desgastado debe tomar en cuenta el uso o trabajo rendido por el cable, éste desgaste es determinado por el peso, distancia y movimiento de un cable viajando sobre un punto dado.

 El diseño de las poleas del bloque corona a través de las cuales tendrá que pasar el cable de

perforación es de suma importancia. debe ser inspeccionado con frecuencia para asegurar que este en buenas condiciones

 Se debe tomar en cuenta el tiempo ti empo de trabajo y uso rendido por el mismo para proceder a cambiarlo.

el desgaste del cable es determinado determinado por el peso, distancia y movimiento. 

Para poder utilizar el cable de acero como cable de perforación, debe ser enhebrado, ya que llega a la instalación enrollado sobre un tambor alimentador de madera.

El primer paso que se lleva a cabo para enhebrar el cable es tomar el extremo del cable c able y subirlo hasta la cima del mástil o la torre en la corona. El cable de perforación se enhebra por una de las poleas y se baja hasta el piso de la instalación. Temporalmente descansando sobre el piso de la instalación se encuentra otr o juego enorme de poleas llamado el bloque viajero o polea viajera. El extremo del cable se enhebra por una de las poleas de é ste y se sube nuevamente hacia el bloque de la corona. Ahí el cable se enhebra nuevamente por otra polea de la corona, se vuelve a bajar y se le desliza nuevamente hasta la polea viajera donde se vuelve a enhebrar. Esta operación se lleva a cabo varias veces hasta que se logra el número cor recto de enhebradas o líneas de cable. La operación de enhebrar casi siempre se lleva a cabo antes de elevar el mástil.

El número de cables es solamente uno, pero como el cable de perforación sube y baja tantas veces, da el efecto de muchos cables. El número de líneas de cable depende del peso que se va a soportar con los bloques. Mientras más peso se va a soportar con los bloques., más enhebradas son necesarias. Una vez que la última enhebrada se ha llevado a cabo, el extremo del cable se baja hasta el piso de la instalación y se conecta al tambor del malacate. L a parte del cable que sale del malacate hacia el bloque de la corona se llama línea viva, porque se mueve mientras se sube o se baja el bloque del aparejo en la instalación. el extremo del cable que corre del bloque de la corona al tambor alimentador se asegura, llamándose a esta parte del cable línea muerta, porque no se mueve una vez que se ha asegurado.

4.-ANCLA DE LA LÍNEA MUERTA Definición.- Es el elemento que fija la línea muerta que viene desde la corona al suelo. tiene un dispositivo que permite medir la carga que sostiene el aparejo, a través t ravés de la tensión del cable, para tener una lectura en los indicadores de peso.

El cable de perforación une al malacate malacate con el ancla del cable y está guarnido a través de la corona y la polea viajera con objeto de darle movimientos verticales a esta Montado sobre la subestructura de la instalación se encuentra un aparato que se llama el ancla de cable muerto la cual sostiene al cable fijo, por lo que el bloque del aparejo puede ser elevado del piso de la instalación hacia arriba enrollando el cable con el tambor del malacate y para bajar el bloque el cable solamente se suelta

5.-BLOQUE CORONA El bloque corona está ubicado en la parte superior de l a torre, constituido por una serie de poleas. el cable de perforación pasa a través de estas poleas y llega al bloque viajero, el cual está compuesto de un conjunto de poleas múltiples por dentro de las cuales pasa el cable de perforación y sube nuevamente hasta el bloque corona. La corona es un sistema de poleas fijas colocadas en la parte superior del mástil.

.-la función principal es sostener y da movilidad al bloque viajero.

6.-BLOQUE VIAJERO El conjunto de roldanas que ascienden y descienden en la torre. el cable enroscado a través de las roldanas se vuelve a enroscar (o a "pasar") por los bloques de corona fijos localizados en el extremo superior de la torre. este sistema de poleas crea una gran ventaja mecánica para la acción del cable de perforación metálico, permitiendo la subida o la bajada de cargas pesadas (sarta de perforación, tubería de revestimiento y tuberías de revestimiento cortas) en el pozo. El sistema de poleas es el que une mediante el cable de perforación al malacate con tubería de perforación o revestimiento y proporciona proporciona un medio mecánico para bajar o levantar dichas tuberías

-la función principal es el sistema de poleas nos permite reducir la fuerza requerida para sacar o meter la tubería. roldana

Una polea. En el uso petrolero, el término se refiere generalmente a las poleas instaladas en forma permanente en el extremo superior del equipo de perforación (los bloques de corona), o a las poleas utilizadas para bajar las herramientas operadas con cable en el pozo. En el caso de los bloques de corona, el cable de perforación, un cable pesado, se enrosca entre los bloques de corona y los bloque viajeros en un a rreglo de tipo aparejo de roldana para crear una ventaja mecánica. Un cable de perforación relativamente débil, con una resistencia a la rotura de unos 45 400 kg [100 000 libras], puede utilizarse para levantar cargas mucho más grandes, probablemente de más de 454 000 kg [un millón de libras]. Durante las operaciones con cable, en la torre de perforación se cuelgan provisoriamente dos roldanas, y el cable se baja desde el camión de adquisición de registros, pasando por las roldanas, hasta la herramienta de adquisición de registros que se encuentra en el pozo.

7.-EL GANCHO El equipo de gran capacidad en forma de "j" utilizado para colgar varios otros equipos, en especial la unión giratoria y el vástago de perforación, los brazos del elevador o las unidades de mando superior. el gancho se fija a la parte inferior del bloque viajero (aparejo móvil) y permite levantar cargas pesadas con el bloque viajero. el gancho se encuentra trabado (el estado normal) o bien rota libremente, de modo que puede acoplarse o desacoplarse con los elementos posicionados en el piso de perforación, sin limitarse a una sola dirección. Es una herramienta localizada debajo del bloque viajero al cual se conectan equipos para soportar la sarta de perforación, se conecta a una barra cilíndrica llamada asa que soporta la unión giratoria. los elevadores constituyen un juego de abrazaderas que agarran la sarta de perforación para permitirle al perforador bajar o subir la sarta hacia y desde el hoyo.

.- la función principal es que permite l evantar cargas pesadas con el bloque viajero

FACTORES DE SEGURIDAD El sistema de frenos de fricción del carrete del malacate es importante para la correcta operación. Sus requerimientos generales son: seguridad y confiabilidad efectividad facilidad de mantenimiento La seguridad y la confiabilidad, se obtiene con diseños cuidadosos. Para que un sistema de frenado sea s ea efectivo debe tener las siguientes características: debe reducir la fuerza que debe ser aplicada para operar el freno. debe relevarse así mismo conforme el carrete empieza a girar en la dirección di rección de levantamiento. La fuerza de frenado del malacate proporciona una ventaja mecánica muy alta, permitiendo que el frenado, aún para grandes cargas, se realice con una fuerza manual razonable aplicada sobre la palanca de operación del freno. Se dice que un sistema de frenado está bien calibrado, cuando el peso de la polea viajera es sostenido únicamente con el peso de la palanca

POTENCIA DEL MALACATE Y DIÁMETRO DEL CABLE DE PERFORACIÓN

FACTORES DE SEGURIDAD

CALCULO

DE LA TONELADA  –  MILLA  MILLA

DEFINICION.-Es el trabajo realizado sobre el cable durante la perforación del pozo, bajada de cañería, bajada de tubería, corona y operaciones de pesca. La Tonelada  – Milla se refiere al levantamiento de un peso de una tonelada corta (2000 lb.) a la distancia de una milla (5280 pie). Este es un método que se emplea para calcular la vida aproximada del cable. Dónde: W

= Trabajo

F

=

Fuerza

D

=

Distancia

TM

=

Tonelada Milla

W

=

F*D

TM

=

F*D

Según las recomendaciones por el API nos indica que el trabajo del cable desempeñado en la perforación debe considerarse que es tres veces el trabajo hecho en un viaje redondo a la profundidad total, entonces el trabajo será



TM

=

3 Tv

TM

=

2 Tv

Viaje Completo:

Es la operación de sacar toda la columna de perforación hasta la superficie desde una profundidad cualquiera y nuevamente volver a bajar la columna hasta la misma profundidad de donde fue sacada.



Ciclos de operaciones de un viaje completo: 

La tubería de perforación se levanta a la longitud del vástago. El peso levantado en la operación incluye el peso de toda la tubería, el vástago y el conjunto de polea viajera.



Se desconecta el vástago y se lo deposita en la ratonera. El peso considerado en esta operación es solo el del vástago y del aparejo.



La tubería de perforación se levanta a la distancia de un tiro se desconecta y se apila en la torre.



El peso en la operación es todo el peso de la tubería de perforación y del aparejo.



El conjunto del aparejo se baja hasta el piso de la torre y se ensancha en la tubería de perforación perforaci ón para sacar otro tiro. El peso de la perforación es del aparejo.



Se repiten los pasos anteriores hasta que toda la tubería de perforación se ha sacado del pozo.



Al bajar la tubería de perforación perforació n al pozo, el procedimiento primeramente descrito se repite en forma inversa, sin embargo los pasos manejados y las distancias recorridas serán idénticas.

Todo el servicio o trabajo del cable (TM) se calcula y se registra para obtener el trabajo total del cable de perforación, para que así de esta manera se determine el corrido y corte del cable. Los trabajos realizados por el cable de perforación se realizan en las siguientes operaciones: 

Calculo de Tonelada Milla para sacar y bajar la herramienta de perforación:

   DW 

 D  L

TM  

m

10560000



  0.5  C 

 D  M 

2640000

Dónde: D

=

Profundidad total del pozo (pies)

L

=

Longitud de tiro de tubería (pies)

Wm

=

Peso unitario por flotación de tubería por el Factor De flotabilidad del lodo de perforación.

WSD

=

Peso unitario del sondeo

M

=

Peso total del conjunto del izaje (aparejo  – cabeza de Inyección  – vástago) (libras)

ff

=

Factor de flotación

C

=

Peso efectivo del conjunto de portamechas corregido por el factor de flotación

cc

=

Peso del conjunto del portamechas sin afectado por

el Factor de flotación

1er Paso: Factor Paso: Factor de flotación:

015    L   LPG  ff   1  0.015  LPG 2do Paso: Calculo Paso: Calculo del peso del lodo flotador:

W m  W SD   ff     Lbs /  pie  pie  3er Paso: Calculo Paso: Calculo del peso del portamecha flotado:

C   cc   ff     Lbs  Pero:

  PM    Lbs cc  L PM   PM  W   PM   W SD   Lbs 

Cálculo de Tonelada  – Milla en operaciones de perforación

TM OP   3 TM VC  D  TM VC  D 2

1

Dónde:

TM VC  D

2

= Tonelada Milla para un viaje completo a la profundidad donde se termina la perforación del tramo.

TM VC  D

1

= Tonelada Milla para un viaje completo a la profundidad que comienza la perforación del tramo a ser perforado.



Cálculo de Tonelada  – Milla para bajar cañería:

TM VC  

1  D 



2

 D   L   W M 

10560000



 D   M   0.5  C  2640000

Nota: (0.5*C) Nota: (0.5*C) se hace cero porque no se traja con trepano

 



Calculo de Tonelada  – Milla en coroneo:

TM VC 



TM VC 



 D1

 D 2





 D1  L   D W M  10560000





 D2  L   D W M  10560000









 D1  M   0.5  C  2640000





 D2  M   0.5  C  2640000

Dónde:

TM C   2 D2  D1  

EJEMPLO:

En un pozo cuya ∫ LODO =10.66 (LPG) se está utilizando la sarta de perforación con trepano de 8.5, 207 m * 6 ½ * 96.3, (HW) = 101 m 5” 19.5 lb/pie  A la profundidad de 4500 m se produjo un aprisionamiento aprisionamiento de sarta, la cual se libera mediante de torsión y rotación, momento en que se decide sacar la sarta a la superficie donde se observa que se trata de 150 m de PM. Que quedo en el pozo como pesca. Calcular las toneladas millas (TM) del cable al solucionar esta problema para luego seguir la perforación sabiendo que el peso del vástago más el peso de la unión giratoria (W.v. + Wug.) = 8000

lb, peso del aparejo (Wap.) = 20000 lb. La sarta de pesca está compuesta por over shot de 8 ½” * 28.6 m, PM. = 6 ½” * 96.3 lb/pie, TP = 4 ½” * 16.6 lb/pie 

Datos de la Sarta de Perforación:

∫= 10.66 LPG Trépano

= 8.5”

PM = 679.167 (pies) * 6 .5 ” * 96.3 lbs/pie

HW= 331.381(pies)* 5” *  19.5 lbs/pie TP = 4.5” * 16.6 lbs/pie D = 14764.5 (pies) Pescado = 515.117 (pies)* 6.5” * 96.3 lbs/pie

Formula general de solución es:

TM 







 D  L   D W M  10560000





 D1  M 





0.5  C 

2640000

Esta fórmula es para calcular TM de un viaje completo (subida y bajada de la herramienta), para un medio viaje será dividido entre 2. C = exceso de peso L = 90 pies, longitud de un tiro Peso unitario de sondeo M =Wsd (peso de sondeo) o Wap (peso del aparejo) C = Cc * ff Ff = 1 – 0.015 * densidad

ff = 1  – 0.015 * 10.66 lpg

ff= 0.84

Cc = es el exceso de peso del PM y HW Wm = 13.944 lbs/pie TM para sacar la herramienta de perforación: Cc = LPM recuperado (W.PM.  – Wsd) Cc = 164.05 (96.3  – 16.6) Cc = 13074.78 LPs. Cc = L.HW. (W.HW – Wsd.)

Cc = 331.38 (19.5  – 16.6)

Cc = 96100.2 lbs. Cc total = Sumatoria cci

Cc = 13074.78 lbs + 96100.2 lbs

Cc total = 14035.78 lbs C = 14035.78 lbs * 0.84

C = 11790 lbs

M = Wap = 20000 lbs

TM  



1 14249.38  14249.38  90 2



TM    204 .7

10560000

  13.944





14249.38  20000  0.5  11790 2640000

 

TM para bajar la herramienta de pesca. M = Wap + Wug + Wv = 280000 lbs Cc = L. over shot (W.PM  – Psd) C = Cc * ff

Cc = 7478.77 lbs

C = 7478.77 lbs * 0.84



 13.94 944 4

1 14249.38  14249.38  90

TM  



2

C = 6282.166 lbs





14249.38  280000  0.5  6282.17



2640000



14764.5  280000  0.5  40769.2



10560000

TM    218.9 TM para sacar el pescado M = 280000 lbs Cc = 520.36 pies (96.9 lbs/pie) = 78533.6 lbs C = 48533.6 * 0.84

C = 40769.2 lbs

D = 14764.5

TM  



1 14764.5  14764.5  90 2



TM    257.67

10560000

  13.944





2640000



TM para bajar la herramienta de perforación

Cc1 = L.PM (W.PM  – Wsd)

Cc2 = L.HW (W.HW – Wsd)

Cc1 = 679.16 pies (96.6 lb/pie  – 16.6 lb/pie) = 54332.8 lbs Cc2 = 331.38 pies (19.5 lb/pie  – 16.6 lb/pie) = 961 lbs Cc total = 55293.8 lb C = 55293.8 * 0.84

TM  



1 14764.5  14764.5  90 2



10560000

C = 46446.8 lbs

  13.944



TM    288

288  257 257.67  281 281.9  204 204.7 TM total   288

TM   969.3 RESULTADO



14764.5  280000  0.5  46446.8 2640000

 