Sistema de Circulacion

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2.1. Sistema de suministro de energía.

2.2. Sistema de izaje.

2.3. Sistema de circulación.

2.4. Sistema rotatorio.

2.5. Sistema de control.

2.6. Sistema de medidor de parámetros de perforación.

Objetivo: El alumno identificará el funcionamiento e interrelación de

los sistemas que constituyen el equipo de perforación rotatorio.

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

superficial como se muestra en la siguiente figura:

Su

b s

up

er

fic

ia

l

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El equipo superficial esta compuesto por:  Las bombas

 Las presas de lodo (descarga, de asentamiento y la de succión)

 El stand Pipe, swivel y flecha  El equipo de control de sólidos  El desgasificador

 Temblorina

El equipo sub superficial esta compuesto por:  Tubería de perforación  Los preventores  Lastrabarrenas Presas Temblorina Stand pipe Bombas de lodo Eliminador de sólidos

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

En la industria petrolera se utilizan dos tipos de bombas:

Bomba duplex.- Estas bombas se caracterizan por estar constituidas de dos pistones y

manejar altos gastos pero baja presión de descarga. Son de doble acción, o sea que bombean el fluido en los dos sentidos. En la actualidad estas bombas se utilizan en los equipos que reparan pozos ó en perforación somera. La presión máxima recomendada de trabajo para estas bombas es de 3,000 lb/pg2.

Bomba triplex.- Están constituidas por tres pistones de acción simple y se caracterizan por

manejar altas presiones de descarga y altos gastos y son de fácil mantenimiento. Estas bombas son las más utilizadas en la industria petrolera.

HHPb = donde:P Q 1714 Eb

HHPb potencia hidráulica de salida en los motores en (HP) P presión de descarga de la bomba en (lb/pg2)

Eb eficiencia mecánica de la bomba (0.85) Q gasto de la bomba en (gal/min)

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

Qbd = 0.0068 (2d

2

p

– d

2r

) Lc Eb Ne

Qbt = 0.0102 (d

2

p

) Lc Eb Ne

Qbd gasto de la bomba duplex en (gal/emb) Qbt gasto de la bomba triplex en (gal/emb) dp diámetro del pistón en (pg)

dr diámetro del vástago en (pg) Lc longitud de la camisa en (pg) Eb eficiencia volumétrica

Ne número de emboladas (no./min)

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

HHPb = = = 412 HP

P Q2

1714 Eb

1500 x 400

1714 (0.85)

Duplex Triplex

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

Qbt = 0.0102 (d2 p ) Lc Eb Ne HHPb = = = 725 HP P Q2 1714 Eb 2844 x 385 1714 (0.85)

1.- Cual es la potencia de la bomba

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

Lc = 0.0102 (d2 p ) Eb Ne Qbt Lc = = 44.68 pg 0.0102 (16 ) 0.88 x 60 385

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Tarea

Encuentre el gasto que proporciona una bomba duplex que trabaja a 50 emb/min, tiene una eficiencia volumétrica del 83% y tiene las siguientes características:

Diámetro del pintón 5 pg Diámetro del vástago 1.5 pg Longitud de la camisa 25 pg

Si se quisiera incrementar el gasto obtenido en un 75%, cual seria el No de emboladas por min a las que debe trabajar la bomba?.

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

 Manejan alta presión y alto volumen.  Son de fácil mantenimiento.

 Resultan menos costosas

A mayor diámetro de camisa mayor gasto > Dc > Q A mayor diámetro de pistón menor presión > d < P

Partes de una bomba

Camisa Vástago Cámara de pulsaciones Pistón Válvulas Entrada Salida

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Existe otro tipo de bombas en los equipos de perforación, comúnmente llamadas

centrifugas, estas bombas son mucho mas pequeñas que las anteriores, la presión de

trabajo es de solo unas cuantas libras aunque el gasto puede llegar a los 100 gal/min. Estas bombas son utilizadas para:

• Preparar el lodo en el pozo. • Distribuir el agua en el equipo.

• Como precarga de las bombas de lodo. • En la preparación de baches.

• Abasteciendo de agua en las cementaciones.

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Si las bombas no trabajan de forma eficiente proporcionando el gasto de lodo y la presión adecuada se pueden presentar los siguientes problemas:

 Limpieza inadecuada del pozo.

 Disminución en la velocidad de penetración.  Atrapamiento de la sarta de perforación.  Incremento en el costo del pozo.

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En la actualidad las presas de lodo son recipientes metálicos utilizados para el almacenamiento y tratamiento del lodo de perforación. Generalmente se utilizan tres presas conectadas entre sí, con la capacidad suficiente para almacenar cuando menos 1.5 veces el volumen total del pozo.

Presas 3

2

1 Presa 1.- Es conocida como presa de descarga ya

que en ella es donde descarga el pozo, es aquí donde se instala la temblorina para eliminar los recortes de mayor tamaño (40 micras).

Presa 2.- Es conocida como presa de asentamiento,

es aquí donde se le da tratamiento al lodo y se instala el equipo de control de sólidos para eliminar los sólidos de menor tamaño.

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Además de las presas reglamentarias existen otras presas.

Presa de reserva.- Presa utilizada para almacenar lodo cuando se ha presentado una perdida de circulación y para mantener lodo de baja o alta densidad.

Presa de baches .- Como su nombre lo indica es una presa utilizada para preparar pequeños volúmenes de baches como:

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

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El stand pipe.- Es una pieza tubular fijada a

una pierna del mástil, en el extremo inferior se conecta con la descarga de la bomba y en el extremo superior se conecta a una manguera flexible de alta presión.

Manguera flexible

Cuello de ganso y swivel.- El cuello de

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

Manguera

Cuello de ganso

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

Para la eliminación de partículas mas pequeñas se utilizan los hidrociclones y centrifugadoras.

Si los sólidos no son eliminados con efectividad pueden ocasionar los siguientes problemas:

 Aumento en la densidad del lodo.  Reducción en la velocidad de penetración.

 Daño al equipo superficial de circulación.

 Pegaduras por presión diferencial.  Aumento de viscosidad.

 Perdidas de circulación.

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

Hidrociclon

Eliminan partículas De 40 a7 micras

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

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

 Disminución en la densidad del lodo de perforación.  Aportación de fluidos de la formación perforada.  Reventones.

 Contaminación del lodo de perforación.  Inestabilidad del agujero perforado.

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

Agitador Totalizador de volumen Tanques de barita

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

Para monitorear el volumen total del lodo de perforación, nos indica cuando se presenta un

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

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