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Sistema de Circulación 11. Tanques de lodo 12. Bombas de lodo 13. Tubo vertical 14. Manguera de perforación 15. Almacenamiento de lodo a granel
16. Línea de retorno de lodo 17. Zaranda 18. Deslimador 19. Desarenador 10. Desgasificador 11. Tanques de reserva Equipo Rotatorio 12. Unión giratoria 13. Kelly
14. Buje de junta kelly 15. Mesa rotatoria Sistema de Levantamiento 16. Bloque de corona 17. Plataforma del torrero 18. Bloque viajero 19. Gancho 20. Malacate 21. Subestructura 22. Cable de perforación
Equipo de Control de Pozo 23. Preventor anular 24. Preventores de reventones de ariete 25. Unidad de acumulación 26. Múltiple de estrangulamiento 27. Separador de lodo-gas Sistema de Energía 28. Generadores
Tuberías y Equipo de Manejo de Tuberías
29. Tarimas para tuberías 30. Planchada 31. Puerta central 32. Ratonera Varios 33. Caseta 34. Sótano 35. Cable de levantamiento 36. Poste grúa
Figura 3: Perspectiva esquemática de un equipo de perforación rotatoria (según Petex).
16 36 22 35 18 17 3 19 12 4 20 33 13 14 15 32 10 11 6 8 9 7 27 29 29 23 24 21 25 2 2 1 1 28 5 5 5 1 34 26 31 30 Componentes del Equipo de Perforación
petróleo, gas, agua, geotérmicos y de almacenamiento de petróleo; extracción de núcleos para análisis de minerales; y proyectos de minería y construcción. Sin embargo, la aplicación más importante es la perforación de pozos de petróleo y gas. Según el método rotatorio (introducido en la industria de perforación de pozos de petróleo y gas alrededor de 1900), la barrena queda suspendida de la extremidad de una columna de perforación tubular (tubería de perforación) sostenida por un sistema de cable/bloques que, a su vez, está sostenido por una torre de perforación (ver la Figura 3). La perforación ocurre cuando se hace girar la columna de perforación y la barrena, mientras que los lastrabarrenas y la barrena imponen peso sobre la roca.
Para enfriar y lubricar continuamente la barrena y retirar los recortes del agujero, se bombea un fluido de perforación (lodo) dentro de la columna de perforación. Al alcanzar la barrena, este lodo pasa a través de las toberas de la barrena, choca contra el fondo del agujero y luego sube en el espacio anular (el espacio entre la columna de perforación y la pared del pozo), acarreando los recortes que están
suspendidos en él. En la superficie, se filtra el lodo con zarandas y otros dispositivos que eliminan los recortes, y luego se bombea de nuevo dentro del pozo. La circulación del lodo de perforación le proporciona a la perforación rotatoria la eficacia que no se podía conseguir con la perforación por percusión - la capacidad de retirar los recortes del pozo sin sacar la tubería a la superficie.
Los equipos usados en la perforación rotatoria están ilustrados en la Figura 3. BARRENAS
Para describir los equipos de perforación rotatoria, conviene empezar por la parte donde se desarrolla la acción - es decir la barrena. Al girar bajo el peso de la
columna de perforación, la barrena rompe o raspa la roca que está por debajo. Las primeras barrenas rotatorias eran
“barrenas de arrastre” porque raspaban la roca. Como se parecían a la cola de un pez, recibieron el nombre de “barrenas cola de pescado”. Estas barrenas eran eficaces para perforar formaciones blandas, pero sus aletas se desgastaban rápidamente en rocas duras. Por lo tanto se necesitaba una mejor barrena rotatoria, y a principios de 1900 se introdujo la barrena de rodillos.
Barrenas de rodillos (para rocas). Una barrena de rodillos - también llamada
barrena para rocas - tiene dos o tres fresas
cónicas que ruedan a medida que se hace girar la barrena. La superficie del rodillo cónico tiene dientes que entran en
contacto con la mayor parte del fondo del agujero a medida que los conos ruedan sobre la superficie (ver la Figura 4a). Estas barrenas perforan fracturando las rocas duras y ranurando las rocas más blandas. También se produce una acción de
raspado, porque los ejes de los conos están descentrados en relación con el eje de rotación. El peso sobre la barrena, la velocidad de rotación, la dureza de la roca, la presión diferencial, y la velocidad y viscosidad del fluido de perforación afectan la velocidad de penetración de las barrenas. Las toberas contenidas dentro del cuerpo de la barrena aumentan la velocidad del lodo, produciendo un chorro cuando el lodo sale de la barrena. Esto contribuye a una perforación más rápida.
Las barrenas para rocas se clasifican según los tipos de cojinetes y dientes que tienen. Los tipos de cojinetes incluyen (1) cojinetes de rodillos no sellados, (2) cojinetes de rodillos sellados y (3)
cojinetes lisos. Cuando se hace referencia a las barrenas en base a los tipos de dientes que tienen, se usan los siguientes términos: (1) dientes de inserto y (2)
barrenas de carburo de tungsteno (TCI -
Tungsten Carbide Insert). El diseño del cojinete es importante para la vida útil de una barrena; los cojinetes sellados y los cojinetes lisos proporcionan una vida útil más larga que los cojinetes no sellados, pero son más costosos. Los dientes de una barrena para rocas - su forma, tamaño, número y colocación - son importantes para asegurar la eficacia de la perforación en diferentes formaciones. Las barrenas de dientes fresados tienen dientes que son maquinados a partir del mismo lingote metálico que el cono (ver la Figura 4c). En algunos casos, los dientes son revestidos con metal duro para aumentar la vida útil. Este tipo está diseñado para formaciones suaves a medianamente duras donde los dientes largos pueden ranurar la roca. Los dientes de las barrenas de dientes de insertos son en realidad espárragos de carburo de tungsteno insertados en agujeros perforados dentro de los conos (ver la Figura 4a). Las barrenas TCI perforan generando una acción de trituración para formaciones más duras y más abrasivas. Algunas barrenas de dientes de insertos son mejoradas con insertos especiales caracterizados por la aplicación de una capa de diamante policristalino
...enfriar y
lubricar
continuamente
la barrena y
retirar los
recortes del
agujero...
sobre el carburo de tungsteno. Esto les proporciona una vida útil aún más larga que el carburo de tungsteno solo.
Barrenas de diamante y PDC. Las barrenas de cortadores fijos con superficies cortantes de diamante son usadas para la perforación de formaciones
medianamente duras a duras, cuando se requiere una vida útil extra larga de la barrena, o para operaciones especiales de extracción de núcleos. Las barrenas de cortadores fijos de una pieza usan
fragmentos de diamante natural o pastillas de diamante sintético como cortadores. Las barrenas de diamante natural usan diamantes naturales de calidad industrial dispuestos en una matriz de acero, de la manera indicada en la barrena
sacanúcleos de diamantes naturales de la Figura 4d. Durante la rotación, los diamantes naturales expuestos raspan y trituran el pozo. Los cortadores de diamantes sintéticos, llamados Cortadores
de Diamantes Policristalinos (PDC), están Tipos de Barrenas
Figura 4a: Barrena para rocas (tipo TCI).
Figura 4b: Barrena de PDC (cortadores de diamante policristalino).
Figura 4c: Barrena para rocas de dientes fresados. Figura 4d: Barrena sacanúcleos de diamantes naturales.
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configurados de manera que los
cortadores rompan por esfuerzo cortante la roca que está por debajo de la barrena, produciendo recortes de gran tamaño y grandes velocidades de penetración (ver la Figura 4b). Las barrenas de PDC tienen gran demanda para perforar en muchos tipos de rocas, pero especialmente en largas secciones de formaciones
medianamente duras a duras. Las barrenas