Dimensionamiento de un taladro helitransportable de pozos exploratorios profundos en el bloque 78 del sur oriente del Ecuador

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(1)I. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA Y PETRÓLEOS. DIMENSIONAMIENTO DE UN TALADRO HELITRANSPORTABLE DE POZOS EXPLORATORIOS PROFUNDOS EN EL BLOQUE 78 DEL SUR ORIENTE DEL ECUADOR. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN PETRÓLEOS. LENIN ISAAC CASTRO PILAPAÑA [email protected]. DIRECTOR: ING. OCTAVIO LEANDRO SCACCO FRANCO. MBA [email protected]. Quito, Mayo 2014.

(2) II. DECLARACIÓN Yo, Lenin Isaac Castro Pilapaña, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. LENIN ISAAC CASTRO PILAPAÑA.

(3) III. CERTIFICACIÓN Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Lenin Isaac Castro Pilapaña, bajo mi supervisión.. Ing. Octavio Scacco DIRECTOR DE PROYECTO.

(4) IV. AGRADECIMIENTOS Señor gracias por tu misericordia, fidelidad y el amor que me brindas cada día.. Gracias papi, mami, ñaño por su apoyo incondicional y sus consejos tan acertados en cada etapa de mi vida. Gracias por su amor y sinceridad. Son una bendición para mí y sin ustedes no sería la persona que ahora soy.. Gracias amigos por darme motivación para seguir en pie de lucha. Gracias por sus oraciones. En verdad han sido una bendición en mi vida y agradezco a Dios por sus vidas.. Gracias a las personas que colaboraron en este proyecto. Livier, Adán, Fernando, Octavio. Les estoy muy agradecido.. “Porque de tal manera amó Dios al mundo, que ha dado a su hijo unigénito, para que todo aquel que él cree, no se pierda, mas tenga vida eterna” Juan 3:16 (RVR 1960). Este es mi deseo para todos.. ¡Sé que este es el primer paso para cumplir nuestro sueño!.

(5) V. DEDICATORIA. A mi papá, mi mamá y mi hermano. Mi apoyo incondicional en cada etapa de mi vida..

(6) VI. CONTENIDO DECLARACIÓN ...................................................................................................... II CERTIFICACIÓN ................................................................................................... III AGRADECIMIENTOS ........................................................................................... IV DEDICATORIA ....................................................................................................... V CONTENIDO ......................................................................................................... VI ÍNDICE DE FIGURAS .......................................................................................... XII ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................ XV ÍNDICE DE ECUACIONES................................................................................. XVI SIMBOLOGÍA ..................................................................................................... XVII RESUMEN ......................................................................................................... XXII PRESENTACIÓN ............................................................................................. XXIV CAPÍTULO 1 ........................................................................................................... 1 DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE TALADROS DE PERFORACIÓN .................. 1 1.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 1. 1.2. TIPOS DE TALADROS DE PERFORACIÓN ............................................. 2. 1.2.1. TALADROS DE TIERRA ..................................................................... 3. 1.2.2. TALADROS DE COSTA AFUERA MÓVILES. ..................................... 4. 1.2.2.1 Unidades soportadas en el fondo ..................................................... 5 1.2.2.1.1 Barcazas ancladas sumergibles ..................................................5 1.2.2.1.2 Sumergibles tipo botella .............................................................. 7 1.2.2.1.3 Sumergibles árticos ..................................................................... 8 1.2.2.1.4 Autoelevadizas ............................................................................ 9 1.2.2.1.4.1 Movilización. ........................................................................ 11 1.2.2.1.4.2 Dispositivos autoelevadizos ................................................. 12 1.2.2.1.4.3 Patas de apoyo inferiores. ................................................... 13 1.2.2.2 Unidades flotantes .......................................................................... 14 1.2.2.2.1 Barcos de perforación ............................................................... 15 1.2.2.2.1.1 Primeros barcos de perforación ........................................... 16 1.2.2.2.1.2 Utilización ............................................................................ 16 1.2.2.2.1.3 Posicionamiento dinámico y amarre .................................... 17 1.2.2.2.1.4 Factores de movimiento ...................................................... 18.

(7) VII. 1.2.2.2.2 Semisumergibles ....................................................................... 18 1.2.2.2.2.1 Semisumergibles tipo botella ............................................... 18 1.2.2.2.2.2 Columnas estabilizadas ....................................................... 19 CAPÍTULO 2 ......................................................................................................... 21 SISTEMAS QUE COMPONEN EL TALADRO DE PERFORACIÓN ..................... 21 2.1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 21. 2.2 SISTEMA DE POTENCIA .......................................................................... 21 2.2.1 MOTORES ........................................................................................... 22 2.2.2 GENERADORES ................................................................................. 23 2.2.3 TRANSMISIÓN DE ENERGÍA .............................................................. 24 2.3 SISTEMA DE ELEVACIÓN ......................................................................... 25 2.3.1 EL MALACATE ..................................................................................... 26 2.3.2 TORNO O CAT HEAD .......................................................................... 27 2.3.3 EL CABLE DE PERFORACIÓN Y EL BLOQUE CORONA .................. 28 2.3.3.1 Cables de perforación...................................................................... 28 2.3.3.1.1 Nomenclatura ............................................................................ 29 2.3.3.1.2 Diámetros de cuerdas y construcciones. ................................... 30 2.3.3.1.3 Construcciones de hebras básicas ............................................ 31 2.3.3.1.3.1 Capa simple ........................................................................ 31 2.3.3.1.3.2 Cable de relleno .................................................................. 31 2.3.3.1.3.3 Sello .................................................................................... 31 2.3.3.1.3.4 Warrington .......................................................................... 32 2.3.3.1.3.5 Patrones combinados ......................................................... 32 2.3.3.2 Bloque Corona y bloque viajero ....................................................... 33 2.3.4 MÁSTIL Y TORRE DE PERFORACIÓN. .............................................. 35 2.4 SISTEMA DE ROTACIÓN .......................................................................... 36 2.4.1 SISTEMA DE LA MESA ROTARIA ....................................................... 36 2.4.1.1 Soporte giratorio ............................................................................. 37 2.4.1.2 Buje maestro y buje conductor del vástago .................................... 37 2.4.1.3 Kelly ................................................................................................ 38 2.4.2 TOP DRIVE .......................................................................................... 40 2.4.2.1 Componentes primarios................................................................... 41 2.4.2.2 Componentes secundarios ............................................................. 42.

(8) VIII. 2.4.3 MOTORES DE FONDO. ....................................................................... 42 2.4.4 ROTARY STEERABLE SYSTEM (RSS) .............................................. 43 2.4.5 SARTA DE PERFORACIÓN ................................................................. 43 2.4.5.1 Tubería de perforación ................................................................... 44 2.4.5.2 Collares de perforación................................................................... 45 2.4.5.3 Emsamblaje de fondo (bha)............................................................ 45 2.4.5.3.1 Estabilizadores ......................................................................... 46 2.4.5.3.2 Rimadores ................................................................................ 46 2.4.5.3.3 Ensanchador ............................................................................ 47 2.4.5.3.4 Cross-overs .............................................................................. 47 2.4.5.3.5 Martillos .................................................................................... 47 2.4.6 BROCAS................................................................................................ 48 2.4.6.1 Brocas de arrastre .......................................................................... 48 2.4.6.2 Brocas de triconos .......................................................................... 48 2.4.6.3 Brocas policristalinas y de diamante. (pdc) .................................... 50 2.5 SISTEMA DE CIRCULACIÓN ..................................................................... 52 2.5.1 COMPONENTES DEL SISTEMA DE CIRCULACIÓN........................... 52 2.5.1.1 Depósitos de química ..................................................................... 52 2.5.1.2 Tanques de lodos ........................................................................... 53 2.5.1.2.1 Tanques de mezcla .................................................................. 53 2.5.1.2.2 Tanque de reserva ................................................................... 53 2.5.1.2.3 Tanque de asentamiento o sedimentación ............................... 53 2.5.1.2.4 Tanque intermedio ................................................................... 54 2.5.1.3 Embudo de mezcla ......................................................................... 54 2.5.1.4 Bombas de lodos ............................................................................ 54 2.5.1.4.1 Bombas dúplex ......................................................................... 54 2.5.1.4.2 Bombas tríplex ......................................................................... 55 2.5.1.5 Conexiones superficiales ................................................................ 56 2.5.1.5.1 Manguera de cuadrante o de lodo............................................ 56 2.5.2 EQUIPO DE CONTROL DE SÓLIDOS................................................. 56 2.5.2.1 Desarcillador................................................................................... 56 2.5.2.2 Deslimador ..................................................................................... 57 2.5.2.3 Desarenador ................................................................................... 58.

(9) IX. 2.5.2.4 Desgasificador ................................................................................ 59 2.5.2.5 Limpiadores de lodo ........................................................................ 59 2.5.2.6 Centrifugas ..................................................................................... 60 2.6 SISTEMA DE PREVENCIÓN DE REVENTONES ...................................... 61 2.6.1 CONJUNTOS DE PREVENTORES (BLOW OUT PREVENTER) ........ 61 2.6.1.1 Funciones del conjunto bops .......................................................... 61 2.6.1.2 Preventor anular ............................................................................. 62 2.6.1.3 Preventores de arietes (ram preventer) .......................................... 62 2.6.1.4 Cierre de preventoras ..................................................................... 63 2.6.1.5 Acumuladores ................................................................................. 63 2.6.1.6 Líneas para matar el pozo .............................................................. 64 2.6.1.7 Diverter ........................................................................................... 65 2.6.1.8 Choke manifold ............................................................................... 65 2.6.1.9 Separador de gas - lodo ................................................................. 66 2.6.1.10 Tanque viajero ............................................................................... 67 2.6.1.11 Sistema de detección de pérdidas de circulación e influjos .......... 68 2.6.1.12 Válvulas de seguridad de la sarta de perforación ......................... 68 2.6.1.12.1 Válvula de seguridad del kelly cock ........................................ 68 2.6.1.12.2 Válvulas dentro del bop .......................................................... 69 2.6.1.12.2.1 Drop in valve .................................................................... 69 2.6.1.12.2.2 Float valve ........................................................................ 70 2.6.1.12.2.3 Heavy duty check valve (gray valve) ................................. 70 CAPÍTULO 3 ......................................................................................................... 72 DIMENSIONAMIENTO DEL TALADRO DE PERFORACIÓN HELITRANSPORTABLE ....................................................................................... 72 3.1 INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 72 3.2 FASE I – INFORMACIÓN BÁSICA DEL POZO ........................................... 74 3.3 FASE II – PROGRAMA DEL HOYO Y DE LOS REVESTIDORES .............. 77 3.3.1 DATOS DE CADA SECCIÓN ................................................................ 79 3.3.2 PESO DE LOS REVESTIDORES EN EL AIRE ..................................... 81 3.3.3 RESISTENCIA A LA TENSIÓN EN EL CUERPO .................................. 81 3.3.4 PESO DEL REVESTIDOR EN EL LODO. ............................................. 82 3.3.5 MÍNIMA VELOCIDAD REQUERIDA ...................................................... 83 3.3.6 SECCIÓN PARA EL DIMENSIONAMIENTO. ........................................ 83.

(10) X. 3.4 FASE III – SARTA DE PERFORACIÓN RECOMENDADA ......................... 84 3.4.1 COLLARES DE PERFORACIÓN.......................................................... 84 3.4.1.1 Peso ................................................................................................ 84 3.4.1.2 Cantidad .......................................................................................... 84 3.4.1.3 Peso en el aire. ................................................................................ 85 3.4.2 TUBERÍA DE PERFORACIÓN .............................................................. 85 3.4.2.1 Peso en el aire ................................................................................. 85 3.4.2.2 Resistencia a la tensión ................................................................... 86 3.4.2.3 Longitud ........................................................................................... 87 3.4.2.4 Velocidad de izamiento.................................................................... 87 3.4.3 TUBERÍA DE PERFORACIÓN PESADA ............................................... 87 3.4.3.1 Peso en el aire y longitud ................................................................ 87 3.4.4 SARTA DE PERFORACIÓN .................................................................. 87 3.4.4.1 Peso en el aire ................................................................................. 87 3.4.4.2 Peso en el fluido de perforación ...................................................... 88 3.4.4.3 Potencia del malacate ..................................................................... 88 3.5 FASE IV – REQUISITOS DE LA TORRE DE PERFORACIÓN ................... 89 3.5.1 CARGA ESTÁTICA DEL GANCHO ....................................................... 89 3.5.2 CARGA DINÁMICA DEL GANCHO ....................................................... 91 3.5.3 TAMAÑO DE LA LÍNEA DE PERFORACIÓN ........................................ 92 3.6 FASE V - REQUERIMIENTOS HIDRÁULICOS ........................................... 93 3.6.1 PÉRDIDAS DE PRESIÓN EN LA SARTA DE PERFORACIÓN. ........... 94 3.6.2 PÉRDIDAS DE PRESIÓN ANULARES. ................................................ 96 3.6.3 PÉRDIDAS DE PRESIÓN EN LA BROCA ............................................ 98 3.6.4 TOTAL DE PÉRDIDAS .......................................................................... 99 3.6.5 POTENCIA DE LAS BOMBAS .............................................................. 99 3.7 FASE VI – NECESIDADES ROTARIAS ...................................................... 99 3.8 FASE VII – EQUIPOS AUXILIARES .......................................................... 100 3.8.1 DIMENSIONAMIENTO DEL BOP ........................................................... 100 3.8.1.1 Selección del arreglo ..................................................................... 101 3.8.1.2 Dimensionamiento de los acumuladores ....................................... 101 3.8.1.3 Capacidad de cizallamiento ........................................................... 102 3.9 SELECCIÓN DEL TALADRO DE PERFORACIÓN ................................... 103.

(11) XI. CAPÍTULO 4 ....................................................................................................... 105 CONSIDERACIONES ADICIONALES ................................................................ 105 4.1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 105 4.2 UBICACIÓN Y LOCACIÓN. ....................................................................... 105 4.3 EQUIPOS DE MOVILIZACIÓN .................................................................. 106 4.4 RESPONSABILIDADES DE LOS CONTRATISTAS .................................. 106 4.4.1 BROCAS .............................................................................................. 106 4.4.2 CEMENTOS ........................................................................................ 106 4.4.3 LODOS ................................................................................................ 106 4.4.4 WIRELINE ........................................................................................... 107 4.5 MANEJO DE DESECHOS ......................................................................... 107 4.6 PLAN DE MOVILIZACIÓN ......................................................................... 107 4.7 PLAN DE CARGAS .................................................................................... 107 4.8 PRINCIPALES CAUSAS DE RETRASO ................................................... 109 4.9 COMPARACIÓN DE LOS TALADROS DISPONIBLES EN PETROAMAZONAS-IPM Y EL TALADRO HELITRANSPORTABLE .............. 110 CAPÍTULO 5 ....................................................................................................... 112 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................... 112 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 115 GLOSARIO.......................................................................................................... 120 ANEXOS ............................................................................................................. 125.

(12) XII. ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1. 1 - TALADRO DE PERFORACIÓN.......................................................... 1 FIGURA 1. 2 - TALADRO DE PERFORACIÓN DE TIERRA...................................... 2 FIGURA 1. 3 - TALADRO DE PERFORACIÓN COSTA AFUERA ............................. 3 FIGURA 1. 4 - POSICIONES DE FLOTACIÓN BARCAZA ANCLADA SUMERGIBLE..................................................................................... 6 FIGURA 1. 5 - BOTELLAS INUNDADAS SUMERGIDAS EN EL FONDO MARINO .. 7 FIGURA 1. 6 - TALADRO SUMERGIBLE ÁRTICO .................................................... 9 FIGURA 1. 7 - AUTOELEVADIZO CON PIERNAS DE CERCHA ABIERTA ............ 10 FIGURA 1. 8 - AUTOELEVADIZO CON PIERNAS COLUMNARES ........................ 10 FIGURA 1. 9 - BARCO MOVILIZANDO TALADRO AUTOELEVADIZO .................. 11 FIGURA 1. 10 - REJILLA Y PIÑONES ..................................................................... 12 FIGURA 1. 11 - ESTERA DE UN TALADRO AUTOELEVADIZO ............................ 13 FIGURA 1. 12 - LATAS PUNTALES DE ACERO EN EL FONDO MARINO. ........... 14 FIGURA 1. 13 - BARCO DE PERFORACIÓN. ......................................................... 15 FIGURA 1. 14 - PATRONES DE PROPAGACIÓN DE AMARRE ............................ 17 FIGURA 1. 15 - SEMISUMERGIBLE TIPO BOTELLA ............................................. 19 FIGURA 1. 16 - SEMISUMERGIBLE DE COLUMNAS ESTABILIZADAS ................ 20. FIGURA 2. 1 - SISTEMAS DEL TALADRO DE PERFORACIÓN............................. 21 FIGURA 2. 2 - MOTOR ............................................................................................ 22 FIGURA 2. 3 - ESQUEMA ELÉCTRICO .................................................................. 23 FIGURA 2. 4 - TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ......................................................... 25 FIGURA 2. 5 - SISTEMA DE ELEVACIÓN............................................................... 26 FIGURA 2. 6 - MALACATE ...................................................................................... 27 FIGURA 2. 7 - TORNOS .......................................................................................... 27 FIGURA 2. 8 - TORNO AUTOMÁTICO ENROSQUE DE TUBERÍA ........................ 28 FIGURA 2. 9 - COMPONENTES DEL CABLE DE PERFORACIÓN ........................ 29 FIGURA 2. 10 - DIÁMETRO DEL CABLE VS TOLERANCIA................................... 30 FIGURA 2. 11 - CLASIFICACIÓN Y CONSTRUCCIÓN ........................................... 30 FIGURA 2. 12 - CAPA SIMPLE ................................................................................ 31 FIGURA 2. 13 - CABLE DE RELLENO .................................................................... 31 FIGURA 2. 14 - SELLO ............................................................................................ 32 FIGURA 2. 15 - WARRINGTON ............................................................................... 32 FIGURA 2. 16 - PATRONES COMBINADOS........................................................... 33 FIGURA 2. 17 - BLOQUE CORONA Y BLOQUE VIAJERO .................................... 33 FIGURA 2. 18 - DIAGRAMA DEL BLOQUE CORONA ............................................ 34 FIGURA 2. 19 - MÁSTIL ........................................................................................... 35 FIGURA 2. 20 - COMPONENTES DEL SISTEMA DE LA MESA ROTARIA. ........... 36 FIGURA 2. 21 - SOPORTE GIRATORIO Y MESA ROTARIA. ................................. 37 FIGURA 2. 22 - BUJE MAESTRO ............................................................................ 38.

(13) XIII. FIGURA 2. 23 - KELLY CUADRANGULAR Y HEXAGONAL ................................... 39 FIGURA 2. 24 - SWIVEL .......................................................................................... 40 FIGURA 2. 25 - TOP DRIVE .................................................................................... 41 FIGURA 2. 26 - MOTOR DE FONDO - FUNCIONAMIENTO ................................... 42 FIGURA 2. 27 - MOTOR DE FONDO ...................................................................... 43 FIGURA 2. 28 - JUNTA CONEXIÓN MACHO-HEMBRA ......................................... 44 FIGURA 2. 29 - CLASES DE COLLARES DE PERFORACIÓN .............................. 45 FIGURA 2. 30 - ESTABILIZADOR ........................................................................... 46 FIGURA 2. 31 - RIMADOR DE TRES PUNTOS ...................................................... 46 FIGURA 2. 32 - FUNCIONAMIENTO DEL MARTILLO ............................................ 48 FIGURA 2. 33 - TERMINOLOGÍA DE LA BROCA DE TRICONOS. ........................ 49 FIGURA 2. 34 - BROCA PDC .................................................................................. 51 FIGURA 2. 35 - SISTEMA DE CIRCULACIÓN ........................................................ 52 FIGURA 2. 36 - TANQUES DE LODO ..................................................................... 53 FIGURA 2. 37 - BOMBAS DÚPLEX ......................................................................... 55 FIGURA 2. 38 - BOMBAS TRIPLEX ........................................................................ 55 FIGURA 2. 39 - DESARCILLADOR ......................................................................... 56 FIGURA 2. 40 - DESALINIZADOR ........................................................................... 57 FIGURA 2. 41 - FUNCIONAMIENTO DEL HIDROCICLÓN .................................... 58 FIGURA 2. 42 - HIDROCICLÓN............................................................................... 58 FIGURA 2. 43 - DESARENADOR ............................................................................ 59 FIGURA 2. 44 - LIMPIADORES DE LODO .............................................................. 60 FIGURA 2. 45 - CENTRIFUGAS .............................................................................. 61 FIGURA 2. 46 - PREVENTOR ANULAR .................................................................. 62 FIGURA 2. 47 - VÁLVULA RAM............................................................................... 63 FIGURA 2. 48 - ACUMULADOR .............................................................................. 64 FIGURA 2. 49 - ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL BOP. .......................................... 65 FIGURA 2. 50 - DIAGRAMA DEL CHOKE MANIFOLD. .......................................... 66 FIGURA 2. 51 - SEPARADOR DE GAS Y LODO .................................................... 67 FIGURA 2. 52 - TANQUE VIAJERO ........................................................................ 68 FIGURA 2. 53 - VÁLVULA DE SEGURIDAD DEL KELLY COCK. ........................... 69 FIGURA 2. 54 - DROP IN VALVE ............................................................................ 70 FIGURA 2. 55 - FLOAT VALVE................................................................................ 70 FIGURA 2. 56 - HEAVY DUTY CHECK VALVE. ...................................................... 71. FIGURA 3. 1 - BLOQUES DEL ORIENTE ECUATORIANO .................................... 72 FIGURA 3. 2 - PERÚ - LOTE 64 .............................................................................. 73 FIGURA 3. 3 - PERÚ - MAPA DEL LOTE 64 ........................................................... 74 FIGURA 3. 4 - STICK CHART BLOQUE 78 ............................................................. 76 FIGURA 3. 5 - PROFUNDIDAD VS DENSIDAD DEL FLUIDO, PRESIÓN DE FORMACIÓN Y PRESIÓN DE FRACTURA. .................................... 78 FIGURA 3. 6 - PRESIONES DE RESERVORIO LOTE 64 ....................................... 80 FIGURA 3. 7 - CARGA ESTÁTICA DEL GANCHO .................................................. 90.

(14) XIV. FIGURA 3. 8 - 6x19 IWRC EIPS - API RESISTENCIA A LA RUPTURA ................. 93 FIGURA 3. 9 - SISTEMA DE CIRCULACIÓN .......................................................... 94 FIGURA 3. 10 - TIPOS DE PREVENTORES ......................................................... 101 FIGURA 3. 11 - REQUERIMIENTOS DEL TALADRO DE PERFORACIÓN. ......... 103 FIGURA 3. 12 - COMPARACIÓN DEL TALADRO DE PERFORACIÓN ................ 104. FIGURA 4. 1 - LOCACIÓN DE UN POZO EXPLORATORIO................................. 105 FIGURA 4. 2 - CURVA DE TIEMPO VS PROFUNDIDAD …………………………..109.

(15) XV. ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1. 1 - TALADROS DE TIERRA CLASIFICADOS POR LA PROFUNDIDAD DE PERFORACIÓN .............................................................................. 3 TABLA 1. 2 - TALADROS DE TIERRA CLASIFICADOS POR SUS REQUERIMIENTOS TÉCNICOS .......................................................... 4 TABLA 1. 3 - TALADROS DE COSTA AFUERA MÓVILES ....................................... 5. TABLA 2. 1 - TALADRO DE TRICONOS ................................................................. 49 TABLA 2. 2 - DESCRIPCIÓN DE LA BROCA .......................................................... 50 TABLA 2. 3 - ESTRUCTURA DE CORTE ................................................................ 51. TABLA 3. 1 - TALADROS DE TIERRA CLASIFICADOS POR SUS REQUERIMIENTOS TÉCNICOS ........................................................ 73 TABLA 3. 2 - FASE I – INFORMACIÓN BÁSICA DEL POZO. ................................. 75 TABLA 3. 3 - FACTORES DE DISEÑO DE LOS REVESTIDORES ......................... 79 TABLA 3. 4 - CARÁCTERÍSTICAS Y PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO. 82 TABLA 3. 5 - PROGRAMA DE REVESTIMIENTO ................................................... 83 TABLA 3. 6 - PROPIEDADES MECÁNICAS PARA EL ACERO .............................. 86 TABLA 3. 7 - SARTA DE PERFORACIÓN RECOMENDADA.................................. 89 TABLA 3. 8 - REQUISITOS DE LA TORRE DE PERFORACIÓN ............................ 92 TABLA 3. 9 - PÉRDIDAS DE PRESIÓN EN LA SARTA .......................................... 96 TABLA 3. 10 - PÉRDIDAS DE PRESIÓN ANULARES ............................................ 98 TABLA 3. 11 - ESPECIFICACIONES ARREGLO DE PREVENTORES ................ 102. TABLA 4. 1 – PROBABLE PLAN DE CARGAS……………………………………….108.

(16) XVI. ÍNDICE DE ECUACIONES ECUACIÓN 3. 1 - PESO DEL REVESTIDOR EN EL AIRE...................................... 81 ECUACIÓN 3. 2 - RESISTENCIA A LA TENSIÓN EN EL CUERPO ....................... 81 ECUACIÓN 3. 3 - ÁREA DEL TUBO........................................................................ 81 ECUACIÓN 3. 4 - FACTOR DE FLOTACIÓN .......................................................... 82 ECUACIÓN 3. 5 - PESO DEL REVESTIDOR EN EL LODO .................................... 83 ECUACIÓN 3. 6 - PESO DEL COLLAR DE PERFORACIÓN .................................. 84 ECUACIÓN 3. 7 - NÚMERO DE COLLARES DE PERFORACIÓN ......................... 84 ECUACIÓN 3. 8 - PESO DEL COLLAR DE PERFORACIÓN .................................. 85 ECUACIÓN 3. 9 - PESO DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN EN EL AIRE ......... 86 ECUACIÓN 3. 10 - RESISTENCIA A LA TENSIÓN DE LA TUBERÍA DE PERFORACIÓN ....................................................................... 86 ECUACIÓN 3. 11 - PESO DE LA SARTA DE PERFORACIÓN EN EL FLUIDO...... 88 ECUACIÓN 3. 12 - POTENCIA DEL MALACATE .................................................... 88 ECUACIÓN 3. 13 - EFICIENCIA DE LAS POLEAS ................................................. 88 ECUACIÓN 3. 14 - CARGA DE LA LÍNEA RÁPIDA ................................................. 90 ECUACIÓN 3. 15 - CARGA DEL BLOQUE CORONA ............................................. 90 ECUACIÓN 3. 16 - CARGA EN CONDICIONES DINÁMICAS................................. 91 ECUACIÓN 3. 17 - CARGA DINÁMICA DE LA LÍNEA MUERTA ............................ 91 ECUACIÓN 3. 18 - CARGA DINÁMICA DE LA TORRE .......................................... 91 ECUACIÓN 3. 19 - CARGA DE LA LÍNEA DE PERFORACIÓN .............................. 92 ECUACIÓN 3. 20 - VELOCIDAD DEL FLUJO ......................................................... 95 ECUACIÓN 3. 21 - VELOCIDAD CRÍTICA .............................................................. 95 ECUACIÓN 3. 22 - PÉRDIDAD DE PRESIÓN PARA FLUJO LAMINAR ................. 95 ECUACIÓN 3. 23 - PÉRDIDAS DE PRESIÓN PARA FLUJO TURBULENTO ......... 95 ECUACIÓN 3. 24 - VELOCIDAD ANULAR .............................................................. 96 ECUACIÓN 3. 25 - NÚMERO DE REYNOLDS ........................................................ 96 ECUACIÓN 3. 26 - VISCOSIDAD EFECTIVA ANULAR .......................................... 97 ECUACIÓN 3. 27 - ÍNDICE DE LA LEY DE POTENCIA .......................................... 97 ECUACIÓN 3. 28 - ÍNDICE DE CONSISTENCIA .................................................... 97 ECUACIÓN 3. 29 - PÉRDIDA DE PRESIÓN ANULAR ............................................ 97 ECUACIÓN 3. 30 - FACTOR DE FANNING FLUJO LAMINAR ............................... 97 ECUACIÓN 3. 31 - FACTOR DE FANNING FLUJO TURBULENTO ....................... 97 ECUACIÓN 3. 32 - PÉRDIDAS DE PRESIÓN EN LA BROCA ................................ 98 ECUACIÓN 3. 33 - POTENCIA DE LA BOMBA ....................................................... 99 ECUACIÓN 3. 34 - POTENCIA DEL TOP DRIVE .................................................. 100 ECUACIÓN 3. 35 - PRESIÓN DE SUPERFICIE .................................................... 100 ECUACIÓN 3. 36 - LEY DE BOYLE ....................................................................... 101 ECUACIÓN 3. 37 - VOLUMEN DE FLUIDO DE CADA BOTELLA DEL ACUMULADOR ...................................................................... 101 ECUACIÓN 3. 38 - PRESIÓN DE CIZALLA ........................................................... 103.

(17) XVII. SIMBOLOGÍA. SÍMBOLO. SIGNIFICADO. DIMENSIONES. API. American Petroleum Institute. BHA. Bottom hole assembly. B. Blanda. BLIND RAM. Ariete ciego. BOP. Blow out preventer. CDU. Conical drilling unit. CIDS. Concrete island drilling system. cm. Centímetros. CP. Collar de perforación. C3. Constante tubería shear ram. D. Dura. D. Diámetro. L. Dac. Densidad de acero. M/L3. Dc. Diámetro sección cilíndrica. L. DE. Diámetro externo del revestidor. L. DI. Diámetro interno del revestidor. L. Di. Diámetro interno del hidrociclón. L. Df. Densidad del lodo. M/L3. Do. Diámetro de la parte superior. L. DP. Drill pipe. Du. Diámetro de salida. ED. Extradura. Ef. Eficiencia del top drive.. EIPS. Extra improved plow steel. L. L.

(18) XVIII. fa. Factor de Fanning. FD. Carga del bloque corona. FF. Factor de flotación.. FFL. Carga en condiciones dinámicas. ML/t2. FL. Carga dinámica de la línea rápida. ML/t2. gal. Galones. L3. HCR. Hydraulic choke manifold. HWDP. Heavy weight drill pipe. HP. Horse power. ML2/t3. HPg. Potencia del malacate. ML2/t3. HPP. Potencia de las bombas. ML2/t3. IADC. International association of drilling contractors. ID. Data drilling display. IPM. Integrated Project Management. IPS. Improved plow Steel. IWRC. Independet wire rope core. K. Factor de fricción. Ka. Índice de consistencia. K-55. Grado del acero del revestidor. L. Longitud de la sección. L. lb. Libras. M, ML/t2. lb/gal. Libras por galón. M/L3. lb/pie. Libras por pie. M/L. lb/pulg2. Libras por pulgada cuadrada. M/Lt2. lb/100pie2. Libras por cada cien pies cuadrados. M/L2. LDC. Longitud del collar de perforación. L. L-80. Grado del acero del revestidor. ML/t2.

(19) XIX. MAC. Mobile artic caisson. MB. Muy blanda. Mlb. Miles de libras. M, ML/t2. MO. Margen de sobretensión. M, ML/t2. MODU. Mobile offshore drilling unit. N. Diámetro de las boquillas de la broca. n. Número de líneas. na. Índice de la ley de potencia. Pa. Pérdida de presión en el anular. M/Lt2. Pb. Pérdida de presión en la broca. M/Lt2. Pc. Presión de cizalla. M/Lt2. PCR. Power control room. PDC. Polycristaline diamond cutters. PDCA. Peso del collar de perforación en el aire. M, ML/t2. PDP. Peso de la tubería de perforación. M, ML/t2. PDPA. Peso de la tubería de perforación en el aire. M, ML/t2. Pf. Presión del reservorio. M/Lt2. pie/min. Pie por minuto. L/t. ppf. Peso nominal tubería de perforación. ppg. Libra por galón. M/L3. Pmax. Presión máxima. M/Lt2. Pmin. Presión mínima. M/Lt2. Pprecarga. Presión de precarga. M/Lt2. PRF. Preformed strands. PSM. Peso sobre la broca. M, ML/t2. PSPF. Peso de la sarta en el fluido.. M, ML/t2. PSRA. Peso del revestidor en el aire. M, ML/t2.

(20) XX. PSRA FL.. Peso del revestidor en el lodo. M, ML/t2. PV. Viscosidad plástica. M/Lt. P1. Presión uno. M/Lt2. P2. Presión dos. M/Lt2. psi. Libra por pulgada cuadrada. M/Lt2. pulg. Pulgada. L. Pw. Presión del reservorio. M/Lt2. P-110. Grado del acero del revestidor. Q. Caudal. RAM. Ariete. RE. Eficiencia de las poleas. Rea. Número de Reynolds en el espacio anular. RHP. Potencia del top drive. RPM. Revolution per minute. RRL. Right regular lay. Rt. Resistencia a la tensión en el cuerpo. SCR. Silicon controlled rectifier. SD. Semidura. S-135. Grado del acero del revestidor. T. Torque mesa rotaria. TDAS. Tubular design and analysis system. TPP. Tubería de perforación pesada.. TVD. True vertical Depth.. T-95. Grado del acero del revestidor. µ. Viscosidad. M/Lt. µe. Viscosidad efectiva. M/Lt. µea. Viscosidad efectiva en el anular. M/Lt. L3/t. ML2/t3. M/Lt2. ML2/t2. L.

(21) XXI. µm. Micrones. L. UF. Volumen de fluido utilizado por cada botella. L3. V. Velocidad del flujo. L/t. Va. Velocidad anular. L/t. VAC. Voltage altern current. Vacc. Volumen total de cada botella. L3. V1. Volumen uno. L3. V2. Volumen dos. L3. W. Peso revestidor, BHA y top drive. M, ML/t2. Wc. Peso del revestidor más pesado. M, ML/t2. WOB. Weight on bit. M, ML/t2. Ym. Punto de cedencia mínimo. M/Lt2. YP. Punto de cedencia. M/Lt2. ρ. Densidad del fluido de perforación. M/L3. %. Porcentaje. #DC. Cantidad de collares de perforación. Θ100. Lectura del viscosímetro a 100 rpm. Θ3. Lectura del viscosímetro a 3 rpm. /32”. Treinta y dosavos de pulgada. L. σyield. Esfuerzo mínimo de tensión. M/Lt2.

(22) XXII. RESUMEN El presente proyecto de titulación se ha desarrollado, debido a que en el bloque 78, ubicado en la provincia de Morona Santiago, jamás se ha perforado un pozo exploratorio. Por lo tanto no se tiene los requerimientos técnicos de un taladro de perforación que cumpla con las características de este bloque. Para su exploración. Como profundidad o movilización. Este proyecto comprende cinco capítulos que se han desarrollado de la siguiente manera: En el primer capítulo, se presenta los tipos de taladros que existen. Estos se dividen en taladros de tierra. y taladros de costa afuera móviles. Con las. respectivas clasificaciones para los dos tipos más grades de taladros de perforación. El segundo capítulo, presenta los sistemas que componen el taladro de perforación. Estos son sistema de potencia, elevación, rotación, circulación y prevención de reventones. Cada uno contiene las partes más importantes que integran a cada sistema del taladro de perforación. El tercer capítulo, presenta el dimensionamiento del taladro del bloque 78. En donde se realiza un análisis de presión de poro, fractura, peso del lodo, revestidores, sarta de perforación y cada uno de sus componentes, profundidad de las formaciones geológicas y de asentamiento de los revestidores de los pozos vecinos más cercanos al bloque 78. Ubicados en el lote 64 del Perú. Información con la cual es posible realizar el dimensionamiento del taladro. Además contiene la selección del taladro de perforación que cumpla con los requerimientos de este bloque. El cuarto capítulo, presenta consideraciones adicionales para el taladro del bloque 78. Tales como movilización, plan de cargas y comparación de los taladros disponibles en IPM - Petroamazonas – Schlumberger (Nabors 609 y Sinopec 129) con el taladro helitransportable del bloque 78. El quinto capítulo, presenta conclusiones y recomendaciones elaboradas de acuerdo a como ha ido desarrollándose el presente proyecto de titulación. Donde.

(23) XXIII. se específica las consideraciones que se deben tomar en cuenta. En el futuro proceso de licitación para un taladro con los requerimientos técnicos del bloque 78..

(24) XXIV. PRESENTACIÓN El bloque 78 se encuentra ubicado en la provincia de Morona Santiago. Es uno de los bloques que entraron a licitación en Ecuador en el año 2013. Jamás se ha perforado un pozo exploratorio en este bloque y no se cuenta con información de pozos vecinos cercanos. Además no existen carreteras hacia el bloque 78, que nos ayuden como medio de transporte para movilizar personal o un taladro de perforación. Es por este motivo que se ha dimensionado un taladro de perforación helitransportable que cumple con los requerimientos técnicos de profundidad para este bloque. (18600 pies de profundidad vertical verdadera). Profundidad nunca antes perforada en el país. Al no contar con información de pozos vecinos para el dimensionamiento, perforados en el Ecuador. Se ha realizado una serie de análisis con información proveniente del Lote 64 del Perú. Ubicado al sur del bloque 78. Estos análisis de pozos vecinos del Lote 64 comprenden: análisis de presión de poro, fractura, peso del lodo, revestidores, sarta de perforación. Profundidad de asentamiento de revestidores, formaciones geológicas, eventos de pega de tubería, etc. Gracias a ello es posible contar con información para el dimensionamiento del taladro de acuerdo al formato API # D 10 A. Una vez determinado los requerimientos técnicos del taladro. Se realiza un análisis de la movilización de acuerdo a su ubicación y aspectos adicionales. Dando como resultado el dimensionamiento del taladro de perforación helitransportable para pozos exploratorios en el sur oriente del Ecuador..

(25) 1. CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DE LOS TIPOS DE TALADROS DE PERFORACIÓN 1.1 INTRODUCCIÓN El taladro de perforación es una estructura que se utiliza para perforar hoyos de gran profundidad en el suelo, que soporta el bloque corona y la sarta de perforación con el objetivo de producir un yacimiento geológico de la forma más económica, segura y eficiente. Es usado de manera continua incluso en la movilización. Como se puede observar en la figura 1.1. FIGURA 1. 1 - TALADRO DE PERFORACIÓN. Fuente: Schlumberger. El taladro de perforación tiene forma piramidal y tiene una buena proporción entre resistencia y peso..

(26) 2. 1.2 TIPOS DE TALADROS DE PERFORACIÓN Existen muchas clases de taladros de perforación, sin embargo en los taladros costa afuera el ambiente marino juega el rol más importante en el diseño de uno de estos taladros. En tierra y costa afuera se tiene dos grandes categorías de taladros. Aunque algunos expertos aseveran que existe una tercera denominada taladros continentales que perforan en lugares que no son ni tierra ni mar, tales como lagos, pantanos o estuarios. Para este capítulo se ha decidido dividir a los taladros de perforación rotacional en dos grandes grupos debido a que los taladros continentales también perforan en el agua, incluso si se tiene poca profundidad. En la figura 1.2 se puede observar un taladro de perforación de tierra y en la figura 1.3 se tiene un taladro de perforación costa afuera. FIGURA 1. 2 - TALADRO DE PERFORACIÓN DE TIERRA. Fuente: Wikipedia.

(27) 3. FIGURA 1. 3 - TALADRO DE PERFORACIÓN COSTA AFUERA. Fuente: Proenergi. 1.2.1 TALADROS DE TIERRA Los taladros de tierra son muy parecidos entre sí, pero son diferentes en los detalles. El detalle más significativo se encuentra en su tamaño el cual determina cuan profundo puede perforar un taladro desde cientos hasta miles de pies. En la clasificación de los taladros de tierra por tamaño tenemos de carga ligera, carga mediana, carga pesada y carga extra pesada como se encuentra en la tabla 1.1. TABLA 1. 1 - TALADROS DE TIERRA CLASIFICADOS POR LA PROFUNDIDAD DE PERFORACIÓN Tamaño del taladro Carga ligera Carga mediana Carga pesada Carga extra pesada. Profundidad máxima de perforación [pie] 3000 - 5000 4000 - 10000 12000 - 16000 18000 - 25000+. Elaborado por: Lenin Castro Fuente: A Primer of Oilwell Drilling. Un taladro de perforación de carga mediana puede perforar un agujero de 2500 pies por debajo de su capacidad mínima, sin embargo jamás podrá perforar un.

(28) 4. agujero por encima de su capacidad máxima permitida debido a que no podrá soportar el peso de los equipos de perforación para agujeros más profundos.. Otra característica importante de los taladros de tierra es su portabilidad. Un taladro puede perforar un agujero en un sitio y ser desarmado y movido a otro sitio. Esto es importante ya que el medio de transporte puede ser terrestre, aéreo o fluvial. En nuestro caso el tipo de taladro de perforación es de tierra helitransportable.. Existe una clasificación más de los taladros de tierra de acuerdo a sus requerimientos técnicos. Como se puede observar en la tabla 1.2.. TABLA 1. 2 - TALADROS DE TIERRA CLASIFICADOS POR SUS REQUERIMIENTOS TÉCNICOS Tipos Profundidad [pie] Capacidad de la torre [Mlb] Potencia del malacate [HP] Potencia de la bomba [HP] Capacidad tanque [bl] Múltiple estrangulador [psi]. A 8000 500 400 800 <500 5000. B 10000-12000 750 600-750 800-1000 500-800 5000. C 15000 1200 1500 1300 1200-1500 10000. D 20000 1600 2000 1500 1200-1500 10-15000. E 25000 2000 3000 1600 1200-1500 10000-15000. Elaborado por: Lenin Castro Fuente: Norma API #D10 A – Hildebrando Calle. 1.2.2 TALADROS DE COSTA AFUERA MÓVILES. El taladro de perforación que se utiliza costa afuera se denomina unidad de perforación costa afuera móvil por sus siglas en inglés denominado MODU. Los MODUs son transportables y pueden perforar un pozo costa afuera y moverse para perforar en otro sitio determinado. Son de dos tipos: soportados en el fondo o flotantes. Los soportados en el fondo son los sumergibles y los autoelevadizos. Los sumergibles se dividen en barcazas ancladas, tipo botella, tipo ártico y barcazas de pilares. Generalmente los taladros flotantes perforan en aguas más profundas que los taladros soportados en el fondo y los taladros más utilizados.

(29) 5. son las plataformas autoelevadizas.1 La tabla 1.3 muestra la clasificación de los taladros costa afuera móviles. TABLA 1. 3 - TALADROS DE COSTA AFUERA MÓVILES Unidades Soportadas en el fondo Sumergibles Barcazas ancladas Tipo botella Tipo ártico Barcazas de pilares Autoelevadizas. Unidades Flotantes Semisumergibles. Buque de perforación. Elaborado por: Lenin Castro Fuente: A Primer of Oilwell Drilling. 1.2.2.1 Unidades soportadas en el fondo. Existen dos tipos de MODUs soportadas en el fondo: las sumergibles y las autoelevadizas. Sus principales diferencias están en el diseño que tienen en sus patas y el montaje que realiza el fabricante en el casco de la unidad de la barcaza. Hoy en día las autoelevadizas son las preferidas por contratistas y operadores para la perforación costa afuera. Las semisumergibles ocupan el segundo lugar seguidas por los barcos de perforación. Cuando se realiza la perforación de un pozo, una parte de los taladros de perforación autoelevadizos se encuentra en el fondo del océano. Primordialmente sus patas o columnas que soportan el equipo de perforación. Sin embargo una tripulación puede mover el taladro porque este pueda flotar.. 1.2.2.1.1 Barcazas ancladas sumergibles La primera unidad de perforación costa afuera flotante fue construida en 1948 como una plataforma sumergible la cual perforó su primer pozo en el Golfo de México en 1949 cerca del río Misisipi aproximadamente se asentó a 18 pies de profundidad. El taladro era una caja rectangular de acero con un fondo plano y un casco de la barcaza de lados planos. Los postes de acero se elevaban de la parte superior del casco de la barcaza y los fabricantes construyeron una cubierta por 1. A Primer of Offshore Operations – Offshore Rigs.

(30) 6. encima de los postes. En esta cubierta se colocaba el equipo de perforación. Dos pontones con bisagras y conectados con el cable se montaban a ambos lados de la barcaza para estabilizarla. Cuando un remolcador movía la unidad, la tripulación vaciaba el agua de la barcaza y de los pontones, lo cual permitía que la unidad flote (Figura 1.4, posición 1). Un barco remolcaba la unidad al lugar de perforación, mientras que la tripulación inundaba el casco de la barcaza a una tasa controlada (Figura 1.4, posición 2). A medida que el agua entraba el taladro de perforación se hundía lentamente hacia el fondo y la tripulación inundaba los pontones (Figura 1.4, posición 3) y la asentaba en el fondo (Figura 1.4, posición 4). FIGURA 1. 4 - POSICIONES DE FLOTACIÓN BARCAZA ANCLADA SUMERGIBLE. Fuente: A Primer of Offshore Operations.

(31) 7. Los postes que eran colocados a cierta distancia del casco de la barcaza permitían a la cubierta de perforación estar por encima de la línea de agua. Estos postes no sufrían muchos efectos producidos por las olas superficiales ya que eran relativamente delgados. El diseño de la estructura proveía estabilidad para que el taladro pueda perforar. Estas barcazas ancladas sumergibles se utilizan en aguas poco profundas de 30 a 35 pies de profundidad, sin embargo hoy en día no se utilizan pontones.. 1.2.2.1.2 Sumergibles tipo botella A medida que la actividad de perforación aumentó en el Golfo de México, las exploraciones realizadas indicaron un alto potencial de reservorios de hidrocarburos costa afuera. En 1954, los diseñadores de taladros crearon un nuevo taladro sumergible tipo botella que podía realizar trabajos en aguas profundas. En lugar de un casco barcaza y pontones, los diseñadores construyeron un taladro con muchos cilindros de acero. Ellos colocaron algunos de los cilindros horizontalmente y otros verticalmente y los soldaron juntos tomando la forma de un cubo abierto (Figura 1.5). FIGURA 1. 5 - BOTELLAS INUNDADAS SUMERGIDAS EN EL FONDO MARINO. Fuente: A Primer of Offshore Operations.

(32) 8. Los constructores colocaron un cilindro mucho más largo en longitud y diámetro que los demás en cada esquina del cubo denominados como botellas. Las botellas al ser inundadas lograban que el taladro se sumerja y al remover el agua lograban que el taladro flote. Los primeros diseños de taladros sumergibles perforaban en aguas de hasta 70 pies de profundidad y diseños posteriores perforaban en aguas profundas de hasta 100 pies. En 1962 un taladro sumergible tipo botella de forma triangular perforó en aguas de 175 pies.. 1.2.2.1.3 Sumergibles árticos Los taladros sumergibles árticos son los últimos de este tipo. En el Ártico, el agua libre de hielo existe por periodos cortos de tiempo en el verano. Por este motivo el operador del taladro tiene que esperar por el deshielo, luego rápidamente mover el taladro hacia otra posición y sumergirlo antes de que el mar se congele. Mientras se perfora, los sumergibles árticos pueden resistir las colosales fuerzas producidas del movimiento de los bloques de hielo que los rodean durante casi todo el año. Como se puede observar en la figura 1.6 de un taladro sumergible ártico. Entre los diseños árticos tenemos la unidad de perforación cónica o denominada con sus siglas en inglés como CDU (Conical Drilling Unit). También se tiene el cajón ártico móvil o MAC (Mobile Artic Caisson) y por último el sistema de perforación de isla de concreto o denominado también como CIDS (Concrete Island Drilling system). Tanto el acero reforzado como las paredes de concreto se colocan alrededor del taladro debajo de la línea de agua para protegerlo del daño producido por el movimiento del hielo. La plataforma o torre de perforación no tiene esquinas cuadradas para que el hielo pueda fluir sin dificultad alrededor.. a su.

(33) 9. FIGURA 1. 6 - TALADRO SUMERGIBLE ÁRTICO. Fuente: Webmar 1.2.2.1.4. Autoelevadizas. La industria construyó el primer taladro autoelevadizo en 1954. Rápidamente se convirtió en el diseño más popular en unidades de perforación costa afuera móviles. Este proveía una muy estable plataforma de perforación debido a que parte de su estructura está en firme contacto con el fondo del océano. Estos taladros pueden perforar en aguas profundas de cerca de 350 pies y los remolcadores pueden fácilmente mover un taladro autoelevadizo de una locación hacia otra. Un contratista de perforación costa afuera puede escoger entre dos tipos de taladros autoelevadizos. Se tiene los de patas de cercha abierta que tienen construidas sus patas de acero tubular y sus patas entrecruzadas para así tener una estructura más fuerte pero relativamente liviana. Su diseño se asemeja a las torres de las líneas eléctricas de alto voltaje. (Ver Figura 1.7).

(34) 10. FIGURA 1. 7 - AUTOELEVADIZO CON PATAS DE CERCHA ABIERTA. Fuente: Rigzone Otro tipo de taladro autoelevadizo tiene patas en forma de columnas, que son grandes tubos de acero, pero a un precio más bajo que construir un taladro autoelevadizo de patas de cercha abierta. Su único problema radica en que no puede ser sometido a esfuerzos de flexión, por este motivo no puede perforar en aguas cuya profundidad sea más de 250 pies. (Ver Figura 1.8). FIGURA 1. 8 - AUTOELEVADIZO CON PIERNAS COLUMNARES. Fuente: Rigzone.

(35) 11. Cualquiera que sea el diseño que se escoja sus patas atraviesan el casco de la barcaza. Las patas pueden ser tres, cuatro o más dependiendo del diseño incluso hasta dos patas. La cubierta de la barcaza sirve como una plataforma para colocar el equipo de perforación y la maquinaria. 1.2.2.1.4.1 Movilización.. Cuando una tripulación moviliza un taladro de este tipo eleva las patas fuera del agua para que la barcaza flote. Cuando las patas están completamente fuera del agua, el taladro en su totalidad se puede transportar hacia otra locación (Ver Figura 1.9) FIGURA 1. 9 - BARCO MOVILIZANDO TALADRO AUTOELEVADIZO. Fuente: Skyscraperpage. Generalmente los remolcadores movilizan el taladro, pero existen taladros autoelevadizos autopropulsados por dos motores colocados en la unidad para su movilización. Con frecuencia existen largos barcos con cubiertas planas que movilizan un autoelevadizo. La tripulación se encarga de sumergir estos barcos debajo del agua. Luego mueven el taladro en la barcaza del barco que se encuentra sumergida. Con el taladro en su lugar, bombean el agua desde el barco, lo cual.

(36) 12. permite que este flote. Este método es muy útil para transportar taladros en distancias largas y los barcos pueden llevar el taladro mucho más rápido que los botes remolcadores. 1.2.2.1.4.2 Dispositivos autoelevadizos Una vez que el taladro está en su locación, los miembros de la tripulación bajan las patas hasta que estas están en contacto con el fondo marino. Luego elevan el casco de la barcaza hasta que está fuera de la superficie del agua y de las olas más altas. FIGURA 1. 10 - REJILLA Y PIÑONES. Fuente: A primer of offshore operations. Se utilizan dos sistemas para bajar o subir las patas y el casco de la barcaza. Uno de ellos es un sistema hidráulico equipado de cilindros de pines móviles y estacionarios. Los cilindros extienden o retraen la elevación de las pata, de la misma forma que lo hace una cuerda. El segundo sistema utiliza un sistema de engranajes y piñones redondos. La rejilla forma las esquinas de cada pata (Ver Figura 1.10). Los motores eléctricos o hidráulicos encienden los piñones. Los fabricantes colocan los piñones en la cubierta del casco de la barcaza. Cuando los piñones se encienden, las rejillas suben o bajan las piernas..

(37) 13. 1.2.2.1.4.3 Patas de apoyo inferiores. Una gran estera soporta algunos taladros autoelevadizos. Uno de estos tipos de esteras están construidos en el fondo de cada pata, generalmente es una estructura de acero (Ver Figura 1.11). Las compañías utilizan esteras cuando el fondo marino es suave y lodoso. Estas a su vez distribuyen el peso del taladro en el fondo y evitan el hundimiento en el cieno. La estera actúa como un trampolín en lugares fangosos ya que su amplio apoyo impide que el taladro de perforación se inunde. FIGURA 1. 11 - ESTERA DE UN TALADRO AUTOELEVADIZO. Fuente: Ship-Oil Rig Los fabricantes también utilizan latas puntales en cada pata. Estas son cilindros de acero con extremos puntiagudos colocados al extremo de cada pata (Ver Figura 1.12). Cuando el fondo marino no es muy lodoso ni suave, las latas puntales penetran a una corta distancia en el fondo y estabilizan el taladro. Se asemejan a un lápiz afilado si se tuerce lo suficiente se apoya firmemente en el suelo..

(38) 14. FIGURA 1. 12 - LATAS PUNTALES DE ACERO EN EL FONDO MARINO.. Fuente: NUS. En fondos marinos donde su composición es desconocida, los ingenieros realizan pruebas de esfuerzos pero siempre se corre el riesgo de que las patas del taladro perforen el fondo del mar o que el taladro se incline o zozobre.. 1.2.2.2 Unidades flotantes Los taladros de perforación flotantes incluyen los barcos de perforación y los semisumergibles. Los operadores y propietarios de los taladros de perforación con frecuencia utilizan los barcos de perforación en pozos profundos en aguas remotas del mundo y los semisumergibles en mares muy rudos para los barcos de perforación. Los barcos de perforación tienen un casco en forma de barco que permite al contratista vender suministros y equipos a bordo del buque. De esta manera un barco de perforación no necesita ir hacia el puerto o navegar hacia una locación de perforación y puede perforar durante largos periodos de tiempo sin reabastecerse. Los semisumergibles tienen un largo casco en forma de pontón y grandes columnas sumergidas por el operador debajo de la superficie del agua. La sumersión hace de estos taladros los más estables en las unidades de perforación flotantes. Sin embargo no pueden llevar muchos suministros como los.

(39) 15. barcos de perforación y con frecuencia son utilizados para perforar en mares muy bravos. 1.2.2.2.1. Barcos de perforación. Son muy parecidos a los barcos de pasajeros o carga. Sin embargo su diferencia se encuentra en que estos barcos tienen una torre con la altura necesaria para las operaciones de perforación. Los constructores de taladros colocan la torre de perforación en la mitad del barco (Ver Figura 1.13). FIGURA 1. 13 - BARCO DE PERFORACIÓN.. Fuente: Maritime-connector Generalmente los barcos de perforación tienen una piscina lunar que no es nada más que una apertura amurallada por debajo de la torre de perforación, abierta a la superficie del agua en donde las herramientas de perforación pueden pasar al piso marino. Los barcos de perforación tienen un helipuerto el cual se localiza al final del buque. Este se utiliza para recoger o dejar pasajeros o miembros de la tripulación..

(40) 16. 1.2.2.2.1.1 Primeros barcos de perforación. Cerca de 1940, al mismo tiempo que se construyeron las barcazas sumergibles aparecieron los barcos de perforación. Las barcazas ancladas se utilizaron mucho en el Golfo de México en las aguas superficiales, sin embargo en la costa de California en el Pacífico no podían perforar en aguas profundas. La plataforma continental de la costa de California es submarina y se extiende desde la orilla hasta una profundidad de 600 pies. A esta profundidad empieza el talud continental. La plataforma geográfica de California presenta una serie de problemas debido a su escaso espesor para exploradores y productores. En los límites de la plataforma, los estudios exploratorios indicaron la posibilidad de depósitos de hidrocarburos pero estos se encontraban muy profundos en el océano. Por este motivo los diseñadores optaron por utilizar barcos de perforación como una solución. El primer buque que se utilizó fue una patrulla marina de los Estados Unidos. Los constructores colocaron una pequeña torre en la plataforma. Ellos la suspendieron a babor de la nave. El éxito que estos barcos tenían para realizar perforaciones fue tan alto que las compañías decidieron construir el primer barco exclusivamente para perforación costa afuera. 1.2.2.2.1.2 Utilización. Los barcos de perforación son las unidades de perforación más móviles pero con frecuencia son utilizados en aguas remotas y en aguas donde las unidades soportadas en el fondo no son prácticas. Sin embargo tienen un problema, son muy inestables porque flotan y en mares muy turbulentos son susceptibles al movimiento de las olas. Afortunadamente, muchos mares en el mundo disfrutan de aguas relativamente calmadas pero en el Mar del Norte las aguas alcanzan seis metros de altura en aguas calmadas..

(41) 17. 1.2.2.2.1.3 Posicionamiento dinámico y amarre La tripulación de anclaje despliega anclas del buque al piso marino, como cualquier otro barco ancla en alta mar. El constructor además coloca propulsores en proa y popa y un sistema computarizado mantiene al buque en la posición de la estación. Sensores especiales en el pozo y en el barco de perforación constantemente monitorean la posición en relación a la cabeza del pozo. Los sensores envían señales a las computadoras a bordo del barco. Los computadores controlan la posición del taladro por un sistema de posicionamiento dinámico que incluso controla la posición con respecto al viento, olas y corrientes marinas. Usualmente el posicionamiento dinámico se utiliza en aguas profundas donde el anclaje es insuficiente. Si el operador del talador utiliza anclas para mantener el buque en su sitio, se puede emplear un número de patrones de propagación de amarre (Ver Figura 1.14). Los patrones de propagación determinan si se fija o se extiende el ancla y sus líneas en el piso marino en relación al barco de perforación. Frecuentemente la tripulación coloca ocho o diez líneas en varios puntos alrededor del barco para colocar en la posición adecuada. FIGURA 1. 14 - PATRONES DE PROPAGACIÓN DE AMARRE. Fuente: A primer of offshore operations.

(42) 18. La utilización del sistema de posición dinámico y el anclaje da una mayor precisión en la ubicación al barco de perforación. El equipo es flexible para permitir la perforación, incluso si el barco se mueve por las olas, vientos laterales o frontales y corrientes. Sin embargo los movimientos no pueden flexionar el equipo tubular porque su diseño lo impide. El posicionamiento dinámico y el amarre impiden la libertad de movimientos en un barco de perforación. 1.2.2.2.1.4 Factores de movimiento. Los barcos de perforación son flotantes así que cualquier movimiento del mar ya sea grande o pequeño se vuelve en un problema. El movimiento del barco genera inconvenientes en la movilización y la perforación. Sin embargo los ingenieros han desarrollado equipos especiales que disminuyen los efectos de los movimientos en las operaciones de perforación. Uno de los problemas que se tiene es tratar de conectar el barco de perforación con el fondo estacionario del pozo. Para esto se utiliza tubería ascendente que se extiende desde la parte superior del pozo de abajo hacia arriba. Esta utiliza dispositivos especiales que compensan los movimientos del taladro. 1.2.2.2.2. Semisumergibles. Las unidades flotantes en forma de barco son muy susceptibles al movimiento de las olas. Los operadores pueden encontrar petróleo o gas en formaciones debajo del agua en mares muy turbulentos. Por este motivo los arquitectos diseñaron unidades flotantes que puedan resistir a los mares turbulentos. Entre las unidades semisumergibles tenemos dos diseños: de semisumergibles de tipo botella y columnas estabilizadas. 1.2.2.2.2.1 Semisumergibles tipo botella En la búsqueda por un taladro que soportara las duras condiciones del mar, los arquitectos determinaron que los taladros tipo botella tenían un alto potencial. Con este tipo de semisumergible la tripulación inunda las botellas para sumergir el taladro y el resto reposa en el lecho marino. Sin embargo el taladro debido a la.

(43) 19. flotabilidad no permanecía en su lugar así que se decidió colocar anclas (Ver Figura 1.15). FIGURA 1. 15 - SEMISUMERGIBLE TIPO BOTELLA. Fuente: A primer of offshore operations. En estado semisumergido el taladro está expuesto al balanceo y cabeceo. El balanceo es la tendencia de un objeto a balancearse sobre una línea horizontal trazada desde la proa hasta la popa. Cuando el estribor de la embarcación baja, el babor sube y viceversa. El cabeceo es la tendencia de un objeto de flotar en movimiento hacia arriba y hacia debajo de proa a popa. Un taladro semisumergible es muy estable y los taladros tipo botella son muy útiles ya que pueden utilizarse como sumergibles o semisumergibles. 1.2.2.2.2.2 Columnas estabilizadas. Las columnas estabilizadas semisumergibles son uno de los diseños más populares. Consisten de dos cascos horizontales y aerodinámicos inferiores. (Ver Figura 1.16). Los constructores colocan cilindros verticales y columnas rectangulares a manera de cubo en el casco. Las columnas sean redondas o.

(44) 20. cuadradas se extienden hacia arriba del casco y los constructores colocan la cubierta principal sobre las columnas. FIGURA 1. 16 - SEMISUMERGIBLE DE COLUMNAS ESTABILIZADAS. Fuente: Rig zone. Las diagonales más pequeñas están entrecruzadas entre la parte superior de la cubierta y las columnas para obtener estabilidad estructural. En el sitio de perforación, los miembros de la tripulación inundan los cascos para obtener la profundidad deseada en la cual el taladro de perforación descansa sobre la superficie del agua. En muchos casos, las anclas y las cadenas de amarre no se encuentran en la unidad así que se utiliza patrones de propagación similares a los usados. en. un. barco. de. perforación.. Algunos. semisumergibles. utilizan. posicionamiento dinámico. Cuando se requiere movilizar el taladro, la tripulación bombea el agua fuera de los cascos y saca la unidad entera hacia superficie. Una vez que se encuentra a flote puede ser movilizada hacia otro lugar. Aunque también algunos semisumergibles tienen propulsores..

(45) 21. CAPÍTULO 2 SISTEMAS QUE COMPONEN EL TALADRO DE PERFORACIÓN 2.1 INTRODUCCIÓN Los componentes del taladro se dividen en sistema de potencia, rotación, elevación, circulación y preventor de reventones. Como se puede observar en la figura 2.1. FIGURA 2. 1 - SISTEMAS DEL TALADRO DE PERFORACIÓN. Fuente: Galp energía - Perforación. 2.2 SISTEMA DE POTENCIA El taladro de perforación necesita energía para el funcionamiento de las bombas, elevar la sarta de perforación y el funcionamiento de toda la maquinaria en la plataforma para ello se utilizan motores de diésel. Un motor de diésel es un motor de combustión interna que funciona debido a una mezcla de combustible y aire que se queman en su interior..

(46) 22. La función del sistema de potencia es generar, transformar y distribuir la cantidad de energía necesaria para operar los equipos en el taladro. Existen taladros mecánicos y eléctricos. En los eléctricos existen motores de corriente continua y alterna y sistemas SCR. (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador controlado de Silicon). Con este último sistema se puede utilizar la corriente continua para mover los componenetes principales del motor. A diferencia de utilizar los motores de diésel. Es una tecnología que combina tanto la corriente continua y el motor de diésel.. 2.2.1 MOTORES Muchos motores de combustión interna se encienden con una chispa, al igual que el motor de un automóvil. Sin embargo existen otros motores de ignicióncompresión en donde el calor generado por la compresión del combustible y el aire enciende la mezcla. Este fenómeno ocurre cuando el aire es comprimido lo suficiente y una sustancia como el diésel es inyectada. Es ahí cuando el aire es lo suficientemente caliente para encender el combustible. Sin el combustible, el motor no podría funcionar. (Observar Figura 2.2) FIGURA 2. 2 - MOTOR. Fuente: Schlumberger. Los taladros de perforación costa afuera utilizan motores de diésel en un número de tres o cuatro aunque depende de la cantidad de caballos de fuerza que el taladro necesite. Debido a propósitos de eficiencia en costos y tiempo, los motores son colocados en una base o patín para que puedan ser movilizados y conectados entre sí..

(47) 23. Generalmente se los coloca juntos en un cuarto y la vía de transmisión de la energía que utilizan es la electricidad. (Ver Figura 2.3) FIGURA 2. 3 - ESQUEMA ELÉCTRICO. Fuente: A Primer Of Oilwell Operations.. Los motores de diésel dan lugar a la energía mecánica, esta energía enciende los generadores eléctricos que producen la electricidad que es transmitida por cables hacia a los motores eléctricos. Los perforadores controlan la cantidad de energía con controladores o interruptores en el piso del taladro.. 2.2.2 GENERADORES. La materia prima de los motores en un taladro es el diésel, que permite que los generadores generen electricidad. El sistema eléctrico-diésel está compuesto de motores de diésel, generadores y motores eléctricos. Cada motor está conectado a un generador. Los constructores de taladros colocan más de un motor para la maquinaria en especial en las bombas de lodo. Un motor de diésel es muy.

(48) 24. eficiente y puede ser encendido con un solo botón y desde una estación de control. Un sistema eléctrico-diésel tiene muchas ventajas sobre un sistema mecánico. Este sistema elimina la maquinaria pesada de los componentes, evita el ordenar y conectar los componentes de los motores y del malacate. En taladros de tierra estos motores son colocados a una distancia en la cual el ruido se reduzca. En taladros mecánicos debido al número de componentes, los motores se ubican lo más cerca posible al piso del taladro. 2.2.3 TRANSMISIÓN DE ENERGÍA. Para explicar la transmisión de energía desde los generadores hasta los motores y equipos de perforación se tomará el ejemplo del taladro 46 de Maturín, Venezuela. Como se puede observar en la figura 2.4. Un rectificador controlado de silicio denominado diodo o rectificador se encarga de transformar la corriente alterna proveniente de los generadores en corriente directa la cual es utilizada por el malacate y los motores de las bombas de lodo. No todos los equipos en la torre requieren la misma cantidad de tensión o corriente continua, por lo que los rectificadores ayudan con este inconveniente. Después de que se genera la tensión de 600 VAC esta energía se dirige a la habitación de control de potencia (PCR) y desde este lugar es transmitida al equipo de perforación y al campamento. Es importante tener en cuenta que todos los generadores poseen interruptores..

(49) 25. FIGURA 2. 4 - TRANSMISIÓN DE ENERGÍA. Fuente: Technical Development – Rig 46 Maturin – Adán Benavides. 2.3 SISTEMA DE ELEVACIÓN La función de un taladro es perforar y para ello debe contar de un equipo que permita elevar, bajar y soportar grandes pesos. Como se puede observar en la figura 2.5. Dentro de los componentes de un sistema de elevación se encuentran:.