UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA DE PETÓLEOS
ANÁLISIS DE LA NORMATIVA PERTINENTE PARA LA
IMPLEMENTACIÓN DE UN MANUAL DE INSPECCIÓN Y
MANTENIMIENTO DE LAS BOMBAS DE LODOS USADAS EN
EL PROCESO DE PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS
EN LA INDUSTRIA HIDROCARBURÍFERA DEL ECUADOR.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO EN PETRÓLEOS
NELSON ANDRÉS MIRANDA OLMEDO
DIRECTOR: ING. FAUSTO RAMOS
DECLARACIÓN
Yo NELSON ANDRÉS MIRANDA OLMEDO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ NELSON ANDRÉS MIRANDA OLMEDO
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “DESARROLLO DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO PERTINENTE A LAS BOMBAS DE LODOS USADAS EN EL PROCESO DE PERFORACIÓN DE UN POZO PETROLERO, APLICABLE LA INDUSTRIA HIDROCARBURIFERA DEL ECUADOR.”, que, para aspirar al título de Ingeniero de Petróleos fue desarrollado por NELSON ANDRÉS MIRANDA OLMEDO, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________ ING. FAUSTO RAMOS
DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
Quiero dar las gracias a Dios, por bendecirme en cada momento, así como también a mis padres Nelson y Lily por su amor, cariño y ayuda incondicional en el transcurso de mi vida, de igual forma agradezco a mi novia Criss quien ha estado conmigo brindándome su apoyo y su amor durante ésta etapa.
Con gratitud también quiero darle las gracias a la Universidad Tecnológica Equinoccial y a mi profesor y tutor el Ing. Fausto Ramos, quien ha sido un soporte indispensable para la realización de mi carrera.
I
ÍNDICE DE CONTENIDO
CAPÍTULO 1 ... 1
1. INTRODUCCIÓN ... 1
1.1. PROBLEMA ... 3
1.2. JUSTIFICACIÓN ... 4
1.3. OBJETIVOS DEL PROYECTO ... 5
1.3.1. OBJETIVO GENERAL ... 5
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 5
1.4. METODOLOGÍA ... 5
1.4.1. REVISIÓN DE LITERATURA ... 5
1.4.2. CONSULTA A EXPERTOS. ... 6
1.4.3. RECOPILACIÓN Y VALIDACIÓN DE DATOS ... 6
1.5. ALCANCE ... 6
1.6. MATERIALES ... 6
1.6.1. HERRAMIENTAS / TÉCNICAS ... 6
1.7. MÉTODOS ... 6
CAPÍTULO 2 ... 7
2. GENERALIDADES ... 7
2.1. SISTEMA DE CIRCULACIÓN DE LODOS DE UN POZO PETROLERO ... 8
2.1.1. PROCESO DE CIRCULACIÓN DE LODOS ... 8
2.2. COMPONENTES DEL SISTEMA DE CIRCULACIÓN DE LODOS . 9 2.2.1. TANQUES DE LODOS ... 9
2.2.2. BOMBAS ... 10
II
2.2.4. CUELLO DE GANSO ... 10
2.2.5. UNIÓN GIRATORIA (SWIVEL) ... 10
2.2.6. INTERIOR DE LA SARTA DE PERFORACIÓN ... 11
2.2.7. BROCA ... 11
2.2.8. ESPACIO ANULAR ... 12
2.2.9. LÍNEA DE RETORNO ... 12
2.2.10. EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS ... 12
2.2.11. DESGASIFICADOR ... 13
2.3. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS ... 13
2.3.1. BOMBA RECIPROCANTE ... 13
2.3.2. BOMBAS DE ACCIÓN DIRECTA ... 14
2.3.3. BOMBAS DE POTENCIA ... 14
2.3.4. BOMBAS DEL TIPO POTENCIA DE BAJA CAPACIDAD ... 15
2.3.5. BOMBAS DEL TIPO DIAFRAGMA ... 15
2.4. LODOS DE PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS ... 15
2.4.1. INTRODUCCIÓN ... 15
2.4.2. DEFINICIÓN ... 16
2.4.3. FUNCIONES DEL LODO DE PERFORACIÓN ... 16
2.4.4. PROPIEDADES DE LOS LODOS DE PERFORACIÓN ... 17
2.4.5. CLASIFICACIÓN DE LOS LODOS DE PERFORACIÓN ... 18
2.5. INTRODUCCIÓN A LAS BOMBAS DE LODOS ... 19
2.6. BOMBAS DE LODOS UTILIZADAS EN EL PROCESO DE PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS ... 20
2.6.1. BOMBAS DE LODOS MÁS COMUNES UTILIZADAS EN EL PROCESO PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS ... 23
2.6.2. EVOLUCIÓN DESDE BOMBAS DÚPLEX HASTA BOMBAS TRIPLEX ... 24
2.6.3. FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS TRIPLEX... 25
2.6.4. COMPONENTES DE LA BOMBA TRIPLEX ... 25
2.6.4.1. Amortiguador de Pulsación (Dámper) ... 26
III 2.7. COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS BOMBAS DE LODOS UTILIZADAS EN EL PROCESO DE PERFORACIÓN DE POZOS
PETROLEROS ... 27
2.8. CONCEPTO DE MANTENIMIENTO ... 30
2.8.1. MANTENIMIENTO PREDICTIVO ... 31
2.8.1.1. Ventajas ... 31
2.8.1.2. Desventajas ... 31
2.8.1.3. Procedimiento de Aplicación ... 32
2.8.2. MANTENIMIENTO PREVENTIVO ... 33
2.8.2.1. Ventajas ... 33
2.8.2.2. Desventajas ... 34
2.8.2.3. Procedimiento de Aplicación ... 34
2.8.3. MANTENIMIENTO CORRECTIVO ... 35
2.8.3.1. Ventajas ... 35
2.8.3.2. Desventajas ... 36
2.8.3.3. Procedimiento de Aplicación ... 36
2.9. INSPECCIÓN ... 37
2.9.1. CATEGORÍAS DE INSPECCIÓN ... 38
2.10. ETAPAS DE LA INSPECCIÓN ... 39
2.10.1. PREPARACIÓN ... 39
2.10.2. PLANIFIQUE LA INSPECCIÓN... 39
2.10.3. INSPECCIONAR ... 40
2.10.4. DESARROLLAR ACCIONES CORRECTIVAS ... 40
2.10.5. ACCIONES DE SEGUIMIENTO ... 40
2.10.6. EL INFORME DE LA INSPECCIÓN ... 41
CAPÍTULO 3 ... 42
3. NORMAS ECUATORIANAS ... 42
3.1. PRINCIPIOS EN LOS QUE SE SUSTENTA EL DERECHO AL TRABAJO DENTRO DE LA CONSTITUCIÓN DEL ECUADOR 2008 ... 42
IV 3.2.1. ESTATUTO ORGÁNICO DE GESTIÓN ORGANIZACIONAL DE
LA ARCH. ... 44
3.2.2. ATRIBUCIONES DE LA AGENCIA DE REGULACIÓN Y CONTROL HIDROCARBURÍFERA ... 44
3.3. OBLIGACIONES DE LAS EMPRESAS QUE REALIZAN PROCESOS DE EXPLORACION Y EXPLOTACION DE HIDROCARBUROS EN EL ECUADOR ... 45
3.4. NORMA PETROECUADOR SI – 003 ... 46
3.4.1. PERMISOS DE TRABAJO RESOLUCIÓN NO. 187 ... 46
3.4.1.1. Objetivo: ... 46
3.4.1.2. Terminología ... 46
3.4.1.3. Procedimientos para la emisión de los permisos de trabajo. ………46
3.4.1.4. Ejecución del Trabajo ... 48
3.4.1.5. Finalización del Trabajo ... 49
3.4.1.6. Disposiciones Generales ... 49
3.5. NORMAS API RECOMENDADAS PARA LA INSPECCIÓN DE LAS BOMBAS DE LODOS ... 50
3.5.1. INTRODUCCIÓN A LA NORMA API SPEC 7-K ... 50
3.5.1.1. Componentes de la Bomba general ... 50
3.5.1.2. Propósito de la Norma API SPEC 7-K para las Bombas de Lodos ………50
3.5.1.3. Cojinetes Antifricción ... 51
3.5.1.4. Dimensiones y Tolerancias de Roscas ... 51
3.5.1.5. Pistones ... 52
3.6. INTRODUCCIÓN A LA NORMA API SPEC Q1/ISO-TS29001 ... 53
3.6.1. PANORAMA GENERAL DE API SPEC Q1 ... 53
3.7. MANUAL DE MANTENIMIENTO DE LAS BOMBAS DE LODOS . 53 3.7.1. CAVITACIÓN DE LAS BOMBAS ... 54
3.7.2. POWER END ... 55
3.7.2.1. Temperatura ... 55
V
3.7.3. SELLOS DE LOS PONY-ROD ... 56
3.7.4. LODO ... 57
3.7.5. PISTONES Y EMPAQUE ... 58
3.7.6. O-RING Y ANILLO DE RESPALDO ... 59
3.7.7. ASIENTOS DE VÁLVULA ... 60
3.7.8. EMPAQUE ... 63
3.7.8.1. Herramientas ... 63
3.7.8.2. REPUESTOS ... 64
3.7.9. EXTRACCIÓN E INSTALACIÓN DE ASIENTOS DE VÁLVULA 72 3.7.9.1. Herramientas ... 72
3.7.10. INSTALACIÓN DE EMPAQUE CON ANILLO INICIAL ... 75
3.8. INSPECCIÓN Y FUNCIONAMIENTO ... 80
3.9. ANTES DE INICIAR UN TRABAJO, LLEVE A CABO UNA INSPECCIÓN ANTES DEL TRABAJO ... 83
3.10. INSPECCION DE LA BOMBA CADA 6 MESES O 300 HORAS .. 83
3.10.1. CAJA DE CADENA ... 83
3.10.2. POWER END ... 84
3.10.3. FLUID END ... 86
CAPÍTULO 4 ... 88
4. PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS DE LAS BOMBAS DE LODOS ... 88
4.1. PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS CAMBIO DE CUERPO HIDRÁULICO ... 88
4.1.1. OBJETIVO ... 88
4.1.2. ALCANCE ... 88
4.1.3. RESPONSABILIDADES ... 88
4.1.4. MATERIALES E INFORMACIÓN NECESARIA ... 88
4.2. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ... 89
4.2.1. CHARLAS DE SEGURIDAD ... 89
4.2.2. OPERACIÓN ... 89
VI
4.3.1. OBJETIVO ... 90
4.3.2. ALCANCE ... 90
4.3.3. RESPONSABILIDADES ... 90
4.3.4. MATERIALES E INFORMACIÓN NECESARIA ... 91
4.4. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ... 91
4.4.1. CHARLAS DE SEGURIDAD ... 91
4.4.2. OPERACIÓN ... 91
4.5. PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS CAMBIO DE VÁLVULA Y DE ASIENTO DE VÁLVULA ... 93
4.5.1. OBJETIVO ... 93
4.5.2. ALCANCE ... 93
4.5.3. RESPONSABILIDADES ... 94
4.5.4. MATERIALES E INFORMACIÓN NECESARIA ... 94
4.6. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO ... 94
4.6.1. CHARLAS DE SEGURIDAD ... 94
4.6.2. OPERACIÓN ... 94
4.7. MANTENIMIENTO PREVENTIVO SEMANAL ... 96
4.8. MANTENIMIENTO PREVENTIVO MENSUAL ... 96
4.9. MANTENIMIENTO PREVENTIVO TRIMESTRAL ... 96
4.10. MANTENIMIENTO PREVENTIVO SEMESTRAL ... 96
4.11. MANTENIMIENTO PREVENTIVO ANUAL ... 97
4.12. CHECK LIST PARA LA INSPECCIÓN DE LAS BOMBAS DE LODOS ... 97
4.12.1. COMO REALIZAR LA CALIFICACIÓN DEL CHECK LIST ... 101
4.13. PROCEDIMIENTO PARA DAR DE BAJA UNA BOMBA DE LODO ………..102
CONCLUSIONES ... 103
RECOMENDACIONES ... 105
BIBLIOGRAFÍA ... 106
VII
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1. CRUCETA DE EXTENSIÓN Y PISTÓN ROD CONEXIONES-STRAIGHT TIPO DE ROSCA ... 52
TABLA 2. CHECK LIST PROPUESTO CATEGORÍA 1 BOMBAS DE LODO ………98
TABLA 3. CHECK LIST PROPUESTO CATEGORÍA 1,2,3 BOMBAS DE
VIII
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. SISTEMA DE CIRCULACIÓN --- 9
FIGURA 2. CLASIFICACIÓN DE LOS LODOS DE PERFORACIÓN --- 18
FIGURA 3. PARTES DE LA BOMBA DE LODO UTILIZADA EN LA PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS --- 20
FIGURA 4. AMORTIGUADOR DE PULSACIÓN --- 26
FIGURA 5. DAMPER DE SUCCIÓN --- 27
FIGURA 6. CAJA DE CADENA --- 28
FIGURA 7. POWER END (PISTONES) --- 29
FIGURA 8. FLUJO A TRAVÉS DEL FLUIDO END --- 30
FIGURA 9. CONTACTO CON CARAS PLANAS Y DIÁMETROS PILOTO EN CONEXIONES DE ACOPLAMIENTO DE LA CRUCETA --- 51
FIGURA 10. SELLOS DE LOS PONY-ROD --- 57
FIGURA 11. INSPECCIÓN STM --- 57
FIGURA 12. PISTONES Y EMPAQUE--- 58
FIGURA 13. TAPA DE SUCCIÓN – TAPA DE DESCARGA --- 59
FIGURA 14. TAPA DE SUCCIÓN – TAPA DE DESCARGA AJUSTE --- 60
IX
FIGURA 16. INDICADOR DE ASIENTO DE LA VÁLVULA --- 61
FIGURA 17. POSICIONAMIENTO DEL ASIENTO DENTRO DE LA CAVIDAD ---62
FIGURA 18. POSICIONAMIENTO DEL ORIFICIO --- 62
FIGURA 19. EMPUJE EL ASIENTO EN LA CAVIDAD --- 62
FIGURA 20. HERRAMIENTAS CAMBIO DE EMPAQUE --- 63
FIGURA 21. GOLPE EN LAS PESTANAS (FLUID END) --- 64
FIGURA 22. DESCONECTAR LA TAPA (FLUID END) --- 64
FIGURA 23. RETENEDOR DE LA VÁLVULA DE SUCCIÓN --- 65
FIGURA 24. ESTADO DE LA VÁLVULA DE SUCCIÓN --- 65
FIGURA 25. TAPA DE DESCARGA --- 66
FIGURA 26. PISTONES DE LOS PONY RODS. --- 66
FIGURA 27. DESENROSQUE LOS PISTONES --- 67
FIGURA 28. DESENROSCAR LA TUERCA DEL PRENSA ESTOPAS ---- 67
FIGURA 29. EXTRACTOR DE PISTONES --- 68
FIGURA 30. TUERCA DEL PRENSA ESTOPAS --- 68
FIGURA 31. RETIRO DEL ANILLO DE BRONCE --- 69
X
FIGURA 33. EXAMINE LOS CUERPOS DE LAS VÁLVULAS --- 70
FIGURA 34. PISTÓN --- 71
FIGURA 35. CUERPO DE LA BOMBA --- 71
FIGURA 36. PIEZAS DE BRONCE --- 72
FIGURA 37. FLUID END (PROCEDIMIENTO DE REEMPAQUE) --- 73
FIGURA 38. USO DEL EXTRACTOR --- 73
FIGURA 39. CORONA Y VARILLA ROSCADA --- 73
FIGURA 40. ACOPLE DE LA CABEZA A LA VARILLA ROSCADA --- 74
FIGURA 41. POSICIONAMIENTO DE LA VARILLA --- 74
FIGURA 42. INSTALACIÓN DE LA LENGÜETA --- 75
FIGURA 43. REMPLAZO DEL EMPAQUE --- 75
FIGURA 44. LIMPIEZA Y LUBRICACIÓN DE LAS ROSCAS --- 76
FIGURA 45. INSTALACIÓN DEL AMILLO CHATARRA --- 76
FIGURA 46. INSTALACIÓN DEL ANILLO INICIAL --- 77
FIGURA 47. INSTALACIÓN DEL ANILLO DE PRESIÓN --- 77
FIGURA 48. INSTALACIÓN DEL ADAPTADOR HEMBRA --- 77
FIGURA 49. INSTALACIÓN DEL ANILLO DE LINTERNA --- 78
XI
FIGURA 51. CONEXIÓN DEL PISTÓN Y EL PONY ROD --- 79
FIGURA 52. RECUBRIMIENTO DE LA ROSCA DEL PONY ROD --- 79
FIGURA 53. PISTONES --- 80
FIGURA 54. TAPA DE SUCCIÓN --- 82
FIGURA 55. BANDEJA DE DRENAJE --- 82
FIGURA 56. COMPROBACIÓN EL ESTADO DE LAS TUERCAS DE SEGURIDAD. --- 84
FIGURA 57. SOPORTE DEL POWER END --- 85
FIGURA 58. ASEGURAMIENTO DE LOS ANILLOS A LAS VARILLAS ---- 85
FIGURA 59. ASIENTO DE LA VÁLVULA --- 86
FIGURA 60. CANDADOS DE SEGURIDAD --- 89
FIGURA 61. CANDADOS DE SEGURIDAD --- 92
XII
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO 1. FOTO FRONTAL DE UNA BOMBA DE LODO ... 109
ANEXO 2. FOTO POSTERIOR DE UNA BOMBA DE LODO ... 109
ANEXO 3. FOTO DE LA PLACA DEL NOMBRE DEL FABRICANTE COMO ESPECÍFICA LA NORMA API SPEC 7-K ... 110
ANEXO 4. FOTO DEL DÁMPER DE SUCCIÓN ... 110
ANEXO 5. FOTO DE PISTONES ... 110
ANEXO 6. MANIFOLD DE LA BOMBA DE LODO ... 111
ANEXO 7. FOTO BOMBA DE LODOS ... 111
ANEXO 8. CHECK LIST BOMBA DE LODOS TRIBOILGAS ... 112
ANEXO 9. CONTINUACIÓN CHECK LIST BOMBA DE LODOS TRIBOILGAS ………..113
ANEXO 10. CHECK LIST DE SALUD SEGURIDAD AMBIENTE ... 114
XIII
NOMENCLATURA O GLOSARIO
Antiferrante (lubricante): Tipo grasa utilizados en piezas mecánicas, tornillería y tuercas para evitar o disminuir la corrosión de los metales.
Avería: Daño, deterioro que impide el funcionamiento de algo.
Bulón: Tornillos de tamaño relativamente grande, con rosca solo en la parte extrema de su cuerpo, utilizados en obras de ingeniería, maquinaria pesada, vías férreas, etcétera.
Cruceta: Elemento que transmiten la fuerza o el movimiento desde la biela al punto de acción, o viceversa; reciben la fuerza desde el elemento de acción y la transmiten a la biela.
Emboladas: Las veces que completa un ciclo completo cada émbolo de la bomba.
Empaquetadura: Las empaquetaduras son componentes de material adaptable que sirve para sellar bien la unión de las caras mecanizadas de los elementos de cierre. Su fin es proporcionar un cierre que reduzca la cantidad de líquido que se pierde por fugas entre una parte en movimiento y otra fija de un equipo.
Estopero: También se le dice prensaestopas, es el alojamiento de la empaquetadura que sella el vástago y evita la fuga de fluido hacia el exterior.
Excéntrico: Que esta fuera del centro o, que tiene un centro diferente.
Kit: Conjunto de las piezas de un objeto o aparato que se venden sueltas y con un folleto de instrucciones para montar con facilidad.
Operario: Persona que se dedica a hacer un trabajo de tipo manual.
Rotatorio: Que tiene movimiento circular.
Sarta (de perforación): Es el conjunto de la tubería de perforación y flecha Kelly.
XIV
RESUMEN
En este trabajo se presentan los procedimientos para el mantenimiento de las bombas de lodo con su respectivo manual y así lograr una efectiva inspección que es requerida por la Agencia de Regulación y Control Hidrocarburífera del Ecuador, estas bombas son utilizadas en circulación de lodos en la perforación de pozos petroleros.
La circulación de lodos es imprescindible para mantener la integridad de la sarta de perforación, ayudar a controlar las presiones de formación, llevar a la superficie todos los recortes y mantener la integridad de las paredes del pozo. Para esto, se utilizan equipos de bombeo que proporcionan el medio para circular el fluido de control de la superficie al fondo del pozo y viceversa. El motor que impulsa a la bomba es un motor eléctrico o un motor de combustión interna.
XV
ABSTRACT
Procedures for maintenance of mud pumps are presented with their respective manual this work and achieve an effective inspection is required by the Regulatory Agency and Hydrocarbon Control of Ecuador, these pumps are used in circulation mud in drilling oil wells.
The circulation of sludge is essential to maintain the integrity of the drill string, help control formation pressures, bringing to the surface all the cuts and maintain the integrity of the walls of the well. For this, pumping equipment that provide the means to control the fluid flow from the surface to the bottom of the well and vice versa are used. The motor that drives the pump is an electric motor or an internal combustion engine.
1
CAPÍTULO 1
1. INTRODUCCIÓN
Con el fin de controlar las actividades petroleras en Ecuador, pertinentes a la perforación de pozos petroleros, se utilizan herramientas y equipos, que permite a los ingenieros y trabajadores de la Industria, realizar los trabajos requeridos. La verificación técnica de estos equipos requiere la aplicación de normas internacionales.
Actualmente, la Agencia de Regulación y Control Hidrocarburífera, está empeñada en implementar un mecanismo de control para los equipos de perforación, con la aplicación de una serie de normativas, esto permitirá la unificación de criterios, elaboración de procedimientos y registros conducentes a un trabajo técnico.
El objetivo principal de este trabajo consistirá en elaborar un programa de inspección y mantenimiento preventivo a las bombas de lodos que son parte de los equipos de un taladro perforación, de tal manera que el operador y fiscalizador posean una herramienta que empleen de guía al ejecutar su labor. En lo que se refiere a la descripción de un sistema de circulación, resulta lógico comenzar con las bombas de lodo, estas bombas y los motores que las accionan representan el corazón del sistema de lodos, de la misma manera que el lodo en circulación constituye el alma de la operación de perforación. Las bombas de lodo son de desplazamiento positivo, algunas de las cuales producen hasta 5000 psi de presión, estas bombas son accionadas por motores diesel o eléctricos.
2 La elevada inversión al adquirir cualquier parte de un equipo de perforación y los altos costos de mantenimiento por repuestos y mano de obra, han obligado al personal de la Agencia de Control Hidrocarburífera en especial al departamento de perforación a enfatizar al mantenimiento e inspección de los equipos. La necesidad de poseer buenas condiciones en el taladro y en todos sus componentes reviste una gran importancia, ya que el cuidado del equipo ayudará a las diferentes compañías a conservarse activas en la industria, pudiendo enfrentarse a la competencia y ofreciendo trabajo seguro y continúo a su personal.
Los hombres trabajan más seguros y con mayor satisfacción cuando disponen de buenas herramientas y procedimientos correctos de inspección y mantenimiento. Esta práctica además de predecir fallas, le permite al usuario prolongar la vida de los equipos; efectuar mejoras, optimizar la calidad de los repuestos, realizar ajustes y tolerancias reales y finalmente aumentar el tiempo medio entre fallas de los equipos.
3
1.1. PROBLEMA
¿Existe una adecua inspección de las bombas de lodos, dentro del proceso de perforación en la industria petrolera ecuatoriana?
¿Existe transferencia de tecnología o conocimiento de parte de las prestadoras de servicios privadas?
¿La estandarización de la normativa contribuye al cambio de la matriz productiva del Ecuador?
4
1.2. JUSTIFICACIÓN
Habitualmente un taladro de perforación cuenta con tres bombas, la cual dos de ellas efectúan operaciones mientras la otra se mantiene en standby. Las bombas y los motores que las accionan representan el corazón del sistema de lodos son utilizadas para el taladro de perforación están capacitadas y programadas para proveer la fuerza y presión necesaria al lodo, en la circulación constituye la esencia de la operación de perforación. Las bombas de lodo son de desplazamiento positivo para realizar dicho trabajo, entre ellas están las dúplex y triplex.
La ARCH tiene como objetivo principal la regulación y control en todas las áreas que involucran a la industria Hidrocarburífera en el Ecuador, en la actualidad la ARCH, desea implementar un plan de control sobre los equipos de perforación cumpliendo con las normas tanto nacionales como internacionales, mediante el análisis de la normativa pertinente a las bombas de lodos usadas en el proceso de perforación a fin de una apropiada inspección y mantenimiento del equipo, es por ello que se va realizar el estudio entre la Universidad Tecnológica Equinoccial y la ARCH.
Además contribuirá a la organización y definición de ciertos aspectos comprendidos en el mantenimiento operacional, incluyendo el control de equipo, que permitirá al trabajador conocer y familiarizarse con el equipo que opera día a día, de manera que pueda anunciar o alertar al predecir alguna anormalidad de su funcionamiento.
5
1.3. OBJETIVOS DEL PROYECTO
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
Analizar de la normativa técnica pertinente para la implementación de un manual de inspección y mantenimiento de las bombas de lodos usadas en el proceso de perforación de pozos petroleros en la industria Hidrocarburífera del Ecuador.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Describir las características, componentes y funcionamiento de las bombas de lodos de perforación.
Analizar las Normas técnicas pertinentes a las bombas de lodos de perforación, así como su aplicabilidad.
Desarrollar un manual de aplicación de la normativa para las bombas de lodos de perforación.
Elaborar un Check List, para la para entrega, verificación, recepción y requerimientos de baja de las bombas de lodos utilizadas en el proceso de perforación de pozos petroleros.
1.4. METODOLOGÍA
1.4.1. REVISIÓN DE LITERATURA
6
1.4.2. CONSULTA A EXPERTOS.
La realización de consultas directamente con los técnicos especialistas en bombas de lodos, esto fue importante ya que el apoyo y criterio de docentes expertos en éste tema, permitió obtener una mejor guía para el desarrollo y elaboración de este trabajo y por ende es un aporte de calidad dentro de la industria.
1.4.3. RECOPILACIÓN Y VALIDACIÓN DE DATOS
La recopilación de los datos se obtuvo mediante la verificación del cumplimiento de las normativas pertinentes de perforación en este equipo, con el objetivo de determinar problemas existentes y de esta manera brindar posibles soluciones.
1.5. ALCANCE
Con la información obtenida dentro del campo se permitió evaluar el estado de operación del equipo, así como también verificar y analizar la normativa pertinente a las bombas de lodos usadas en el proceso de perforación con el objetivo de una adecuada inspección, mantenimiento y fiscalización del equipo.
1.6. MATERIALES
1.6.1. HERRAMIENTAS / TÉCNICAS
1.7. MÉTODOS
La Observación de campo
Consulta a expertos
7
CAPÍTULO 2
2. GENERALIDADES
Las acciones involucradas en la perforación de pozos petroleros conllevan peligros específicos y altos niveles de riesgo, ya que se comprende de la utilización de equipos y maquinarias que manejan parámetros de presión, temperatura, caudal, energía en magnitudes que podrían hacer daño a personas que se expusieran a ellos; así mismo, existe el manejo de cargas pesadas, trabajos en altura, espacios confinados y otras actividades más que generan riesgos, tanto a las personas que trabajan como a los activos de la empresa y en el caso de un taladro de perforación de pozos petroleros, corresponde a una alta inversión.
El taladro de perforación es parte vital del plan de negocios de la operadora contratante, pasando a ser, a la vez, responsable indirecto de cualquier pérdida por retrasos o demora en la producción petrolera esperada del pozo que está perforando, por lo que el desempeño del equipo de perforación debe ser óptimo y todas sus partes deben tener un buen funcionamiento. Para esto es necesario que la empresa como tal tenga planes de mantenimiento preventivos, correctivos y predictivos.
Parte inicial de estos planes constituye la valoración del estado de funcionamiento de partes y equipos, misma que se logra mediante la inspección técnica y de seguridad, según estándares aprobados y reconocidos por la industria petrolera.
8 En el caso de haber no conformidades respecto a estos Check List, inmediatamente genera planes para solucionar las fallas y cumplirlos. De esa forma podemos ver, que la existencia y aplicación de las inspecciones con base en estos Check List, son el apoyo a la gestión operativa y el cumplimiento legal exigido en el país.
Al poseer los Check List sin ninguna inconformidad, es la mejor carta de presentación a nivel nacional como internacional del taladro de perforación, por tal motivo la importancia de tener siempre al equipo con todos los Check List actualizados y avalados por las empresas auditoras del gobierno, para poder presentarse a concursar en proyectos de perforación.
2.1. SISTEMA DE CIRCULACIÓN DE LODOS DE UN POZO
PETROLERO
2.1.1. PROCESO DE CIRCULACIÓN DE LODOS
9 Sale por la línea de retorno y el lodo pasa por las zarandas (vibratorias) en las cuales se le eliminan al lodo todos los sólidos, después el siguiente paso es pasar por los desgasificadores que se encargan de excluir la posible contaminación del lodo con partículas de gas y, retornar nuevamente y limpio a los tanques.
Figura 1. Sistema de circulación (Cruz R, 2012)
2.2. COMPONENTES DEL SISTEMA DE CIRCULACIÓN DE
LODOS
2.2.1. TANQUES DE LODOS
10
2.2.2. BOMBAS
Las bombas de lodo es el elemento primario de cualquier sistema de circulación de fluidos, las cuales funcionan con motores de combustión interna o motores eléctricos conectados directamente a las bombas o con energía transmitida por la central de distribución, las bombas deben ser capaces de mover grandes volúmenes de fluido a presiones altas, también se encargan de darle la presión y el gasto necesario que se requiere para el control de un posible brote dentro del pozo, hoy por hoy se utilizan bombas triplex reciprocantes.
2.2.3. TUBO VERTICAL (STAND PIPE)
El tubo vertical es el componente de tubo de acero montado verticalmente en una pata del mástil o de la torre, este conecta la descarga de la bomba con una manguera flexible.
2.2.4. CUELLO DE GANSO
Se la denomina así por su forma es una manguera flexible resistente al desgaste y a la erosión, ésta conecta el tubo vertical con la unión giratoria llamada “swivel”.
2.2.5. UNIÓN GIRATORIA (SWIVEL)
Dispositivo mecánico pesado que tiene la principal característica de girar y que va conectado al bloque del aparejo por unas enormes asas, por lo tanto interconecta el sistema rotatorio con el sistema de izaje, el gancho suspende a la unión giratoria y a la tubería de perforación.
La unión giratoria tiene tres funciones básicas:
Soportar el peso de la sarta de perforación.
Permitir que la sarta de perforación gire libremente.
11
2.2.6. INTERIOR DE LA SARTA DE PERFORACIÓN
La sarta está conformada en su extremo superior por la línea del top drive, la línea transmite la rotación a la sarta y a la broca. El extremo inferior de la sarta está conformado por el tubo de perforación el cual en el fondo está conectado al heavy weight, el heavy weight está conectado al drill collar y, el drill collar está conectado a la broca. Toda la sarta es pesada pero en su interior es hueca, lo cual permite el paso del lodo por dentro de ésta.
2.2.7. BROCA
El trabajo primario de las brocas es rotar en el fondo del pozo, la broca es el final del aparejo de perforación, porque la broca es la que perfora el pozo. La industria que se dedica a la fabricación de brocas, ofrecen varios tipos, en numerosos tamaños y diseños. Las diseñan para perforar un diámetro determinado en una clase determinada de formación.
Existen dos categorías principales de brocas:
Cónicas.
Cabeza fija
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2.2.8. ESPACIO ANULAR
Es sencillamente el espacio entre la sarta de perforación y las paredes del pozo perforado, el fluido de perforación sube llevando consigo todos los recortes de perforación hasta la línea de retorno.
2.2.9. LÍNEA DE RETORNO
También llamada línea de descarga, es un tubo de acero por el cual retorna el lodo con todos los recortes y cae en las zarandas.
2.2.10. EQUIPOS DE CONTROL DE SÓLIDOS
Son los equipos encargados de eliminar del lodo los sólidos como son los recortes, arenas y arcillas. Entre estos equipos tenemos los siguientes:
Zaranda: Es un equipo que por medio de un motor hace vibrar una malla con un ángulo determinado, mientras el lodo pasa sobre ella, esta vibración permite separar los sólidos del lodo.
Centrífuga Decantadora: El objetivo es separar las partículas más finas posibles, utilizan bombas de desplazamiento positivo para su alimentación, se pueden utilizar de forma dual para recuperar material densificante.
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2.2.11. DESGASIFICADOR
Para el caso que se perfore una sección de formación con pequeñas cantidades de gas, se utiliza un desgasificador para remover el gas del lodo antes de volverlo a circular, ya que si este gas no es eliminado antes de volver a circular el lodo, este tiende a disminuir la densidad, lo cual podría resultar en un descontrol y reventón del pozo.
2.3. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS
2.3.1. BOMBA RECIPROCANTE
Las bombas reciprocantes son equipos de desplazamiento positivo que descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo.
Despreciando éstos, el volumen del líquido desplazado en una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera, existen básicamente dos tipos de bombas reciprocantes las de acción directa, movidas por vapor y las bombas de potencia, pero existen muchas modificaciones de los diseños básicos, construidas para servicios específicos en diferentes campos.
Algunas Se clasifican como bombas rotatorias por los fabricantes, aunque en realidad utilizan movimiento reciprocante de pistones o émbolos para asegurar la acción de bombeo.
Podemos dividir las bombas reciprocantes en:
Bombas de acción directa
Bombas de potencia
Bombas del tipo potencia de baja capacidad
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2.3.2. BOMBAS DE ACCIÓN DIRECTA
En este tipo, una varilla común de pistón conecta un pistón de vapor y uno de líquido o émbolo. Las bombas de acción directa se constituyen de simplex (un pistón de vapor y un pistón de líquido, respectivamente) y dúplex (dos pistones de vapor y dos de líquido). Los extremos compuestos y de triple expansión, que fueron usados en alguna época no se fabrican ya como unidades normales.
2.3.3. BOMBAS DE POTENCIA
Estas poseen un cigüeñal movido por una fuente externa generalmente un motor eléctrico, banda o cadena. Frecuentemente se usan engranes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida del elemento motor. Cuando se mueve a velocidad constante, las bombas de potencia proporcionan un gasto casi constante para una amplia variación de columna, y tienen buena eficiencia.
El extremo líquido, que puede ser del tipo de pistón o émbolo, desarrollará una presión elevada cuando se cierra la válvula de descarga. Por esta razón, es práctica común el proporcionar una válvula de alivio para descarga, con objeto de proteger la bomba y su tubería. Las bombas de acción directa, se detienen cuando la fuerza total en el pistón del agua iguala a la del pistón de vapor; las bombas de potencia desarrollan una presión muy elevada antes de detenerse.
La presión de parado es varias veces la presión de descarga normal de las bombas de potencia.
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2.3.4. BOMBAS DEL TIPO POTENCIA DE BAJA CAPACIDAD
Estas unidades se conocen también como bombas de capacidad variable, volumen controlado y de "proporción". Su uso principal es para controlar el flujo de pequeñas cantidades de líquido para alimentar calderas, equipos de proceso y unidades similares.
Como tales ocupan un lugar muy importante en muchas operaciones industriales en todo tipo de plantas. La capacidad de estas bombas puede variarse cambiando la longitud de la carrera.
Puede usarse un diafragma para bombear el líquido que se maneja, accionado por un émbolo que desplaza aceite dentro de la cámara de la bomba. Cambiando la longitud de la carrera del émbolo se varía el desplazamiento del diafragma.
2.3.5. BOMBAS DEL TIPO DIAFRAGMA
La bomba combinada de diafragma y pistón generalmente se usa sólo para capacidades pequeñas. Las bombas de diafragma se usan para gastos elevados de líquidos, ya sea claros o conteniendo sólidos. También son apropiados para pulpas gruesas, drenajes, lodos, soluciones ácidas y alcalinas, así como mezclas de agua con sólidos que puedan ocasionar erosión. Un diafragma de material flexible no metálico, puede soportar mejor la acción corrosiva o erosiva que las partes metálicas de algunas bombas reciprocantes.
2.4. LODOS DE PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS
2.4.1. INTRODUCCIÓN
16 Un ciclo es el tiempo que se requiere para que la bomba mueva el fluido de perforación hacia el fondo del pozo y de regreso a la superficie, el fluido de perforación es una parte clave del proceso de perforación, y el éxito de un programa de perforación depende de su diseño.
Un fluido de perforación para un área particular se debe diseñar para cumplir con los requerimientos específicos, en general los fluidos de perforación tendrán muchas propiedades que son importantes para la operación, pero también algunas otras que no son deseables.
2.4.2. DEFINICIÓN
El fluido de perforación o lodo como comúnmente se le llama, puede ser cualquier sustancia o mezcla de sustancias con características físicas y químicas apropiadas, como por ejemplo: aire o gas, agua, petróleo o combinaciones de agua y aceite con determinado porcentaje de sólidos.
2.4.3. FUNCIONES DEL LODO DE PERFORACIÓN
Retirar los recortes del fondo del pozo, transportarlos y liberarlos en la superficie.
Enfriar y lubricar la broca y la sarta de perforación.
Depositar un revoque de pared impermeable.
Controlar las presiones del subsuelo.
Sostener los recortes y el material pesado en suspensión cuando se detenga la circulación.
Soportar parte del peso de las sartas de perforación y de revestimiento.
Evitar daños de permeabilidad en la zona productiva.
Permitir la obtención información de las formaciones penetradas.
Transmitir caballaje hidráulico a la broca.
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2.4.4. PROPIEDADES DE LOS LODOS DE PERFORACIÓN
Densidad: Es la propiedad del fluido que tiene por función principal mantener
en sitio los fluidos de la formación, La densidad se expresa por lo general en lbs/gal, es uno de los dos factores, de los cuales depende la presión hidrostática ejercida por la columna de fluido.
La presión hidrostática debe ser ligeramente mayor a la presión de la formación, para evitar en lo posible una arremetida, lo cual dependerá de las características de la formación, se utilizará material densificante como la Barita debido a su alta gravedad específica (mínimo de 4.2 gr/cc)
Viscosidad API: Se le concede cierta importancia práctica aunque carece de
base científica, y el único beneficio que aparentemente tiene, es el de suspender el ripio de formación en el espacio anular, cuando el flujo es laminar.
Es recomendable evitar las altas viscosidades y perforar con la viscosidad embudo más baja posible, siempre y cuando, se tengan valores aceptables de fuerzas de gelatinización y un control sobre el filtrado. Un fluido contaminado exhibe alta viscosidad embudo.
Resistencia al gel: Esta resistencia o fuerza de gel es una medida de la
atracción física y electroquímica bajo condiciones estáticas. Está relacionada con la capacidad de suspensión del fluido y se controla, en la misma forma, como se controla el punto cedente, puesto que la origina el mismo tipo de sólido (reactivo)
Esta fuerza debe ser lo suficientemente baja para:
Permitir el asentamiento de los sólidos en los tanques de superficie, principalmente en la trampa de arena.
Permitir buen rendimiento de las bombas y una adecuada velocidad de circulación
Minimizar el efecto de succión cuando se saca la tubería
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2.4.5. CLASIFICACIÓN DE LOS LODOS DE PERFORACIÓN
Figura 2. Clasificación de los lodos de perforación (Arrieta, 2010)
Los principales factores que determinan la selección de fluidos de perforación son:
Tipos de formaciones a ser perforadas.
Rango de temperaturas, esfuerzos, permeabilidad y presiones exhibidas por las formaciones.
Procedimiento de evaluación de formaciones usado.
Calidad de agua disponible.
Consideraciones ecológicas y ambientales.
Sin embargo, muchas veces impera el ensayo y error. Lodos base Agua
Consisten en una mezcla de sólidos, líquidos y químicos, con agua siendo la fase continúa.
Algunos de los sólidos reaccionan con la fase agua y químicos disueltos, por lo tanto son llamados ‘sólidos reactivos’. La mayoría son arcillas hidratables.
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Los otros sólidos en un lodo no reaccionan con el agua y químicos de manera significativa, siendo llamados sólidos inertes.
Cualquier aceite que se agregue a un lodo base agua es emulsificado dentro de la fase agua, manteniéndose como pequeñas y discontinuas gotas (emulsión aceite en agua)
Lodos base Aceite
Son similares en composición a los lodos base agua, excepto que la fase continua es aceite en lugar de agua, y gotas de agua están emulsificadas en la fase aceite.
Otra diferencia importante es que todos los sólidos son considerados inertes, debido a que no reaccionan con el aceite.
Evitan la corrosión a la broca y la sarta.
Evitan problemas de arcillas sensibles.
Desventaja: alto costo inicial y mantenimiento.
2.5. INTRODUCCIÓN A LAS BOMBAS DE LODOS
La bomba de lodo es el componente primario del sistema de circulación, ella provee la fuerza de impulsión requerida para mover la columna de lodo desde la superficie hasta la Broca, y de regreso hasta la superficie, la bomba de lodo es también uno de los elementos críticos del programa hidráulico.
Hay dos razones importantes relacionadas con la aplicación hidráulica de la bomba de lodo, una de ellas es la limpieza de la formación por debajo de la broca, y la otra es la remoción inmediata de los ripios cortado por la misma, las bombas de fluidos de perforación o bombas de lodos son una parte esencial del proceso de perforación de un pozo.
20 Para aprovechar al máximo posible la vida útil de trabajo de la bomba es preciso hacerle periódicamente mantenimiento, así un mantenimiento preventivo a su correcto tiempo evitará la falla prematura de la bomba y garantizará el óptimo funcionamiento de la bomba que es necesaria para el sistema de circulación de lodos que controla las presiones de formación del pozo, ayuda a eliminar el riesgo de un descontrol en la perforación y mantiene la integridad de la sarta de perforación eliminando los daños por pegaduras y derrumbes del pozo perforado.
Las bombas de lodos tienen dos partes:
Figura 3. Partes de la bomba de lodo utilizada en la perforación de pozos petroleros
(PRIDE INTERNATIONAL, 2013)
2.6. BOMBAS DE LODOS UTILIZADAS EN EL PROCESO
DE PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS
21 Las bombas en general se pueden clasificar de dos tipos, uno de ellos conocido como bombas dinámicas, la cual encierra principalmente las bombas centrifugas, periféricas y especiales, su característica principal es que la cantidad de fluido que ingresa a la bomba no siempre es igual a la cantidad de fluido a la salida, puede manejar muy altos caudales pero maneja bajas presiones; estas bombas son usadas principalmente para el transporte de fluidos con baja viscosidad y baja densidad como el agua.
Por otro lado tenemos las bombas de desplazamiento positivo, las cuales también se subdividen en reciprocantes como son la de embolo, diafragma y rotatorias como son las de tornillo sinfín, engranajes entre otros;
La característica principal de estas bombas es que a diferencia de las bombas dinámicas la cantidad de fluido que ingresa a la bomba, siempre es igual a la cantidad de fluido que sale de ella;
Estas bombas son muy utilizadas para los sistemas hidráulicos, pues proporcionas muy altas presiones, y pueden desplazar fluidos de altas densidades y viscosidades.
La selección de las bombas depende de la profundidad máxima de perforación del taladro, que a la vez se traduce en presión y volumen del lodo en circulación.
22 La potencia, requerida por la bomba se la imparte la plata de fuerza motriz del taladro, por medio de la transmisión y mando apropiados, la potencia máxima de funcionamiento requerida por la bomba especifica su capacidad máxima, los siguientes ejemplos dan idea de las relaciones entre los parámetros y características de las bombas. Entre el diámetro máximo y mínimo del embolo, cada bomba puede aceptar tres o cuatro diámetros intermedios y cada cual dará relaciones diferentes de presión, caballaje volumen que pueden satisfacer situaciones dadas.
Por tanto, al seleccionar la bomba, el interesado debe cotejar las especificaciones del fabricante con las necesidades del taladro para informarse sobre otros detalles como son el diámetro del tubo de succión y el de descarga., tipo de vástago para el émbolo y empacadura, lubricación y mantenimiento general de la bomba, tipos de engranajes y relaciones de velocidad, montaje y alineación y todo cuanto propenda al funcionamiento eficaz de la bomba. La bomba está sujeta a fuertes exigencias mecánicas de funcionamiento, las cuales se hacen más severas en perforaciones profundas. Aunque su funcionamiento es sencillo su manufactura requiere la utilización de aleaciones de aceros específicos para garantizar su resistencia al desgaste prematuro.
La bomba es una pieza costosa y se podrá apreciar su valor al considerar que además de la tecnología de fabricación que la produce, el peso del acero de sus componentes puede ser de 7 a 22 toneladas.
23 El "normal" bomba de lodo compuesto por dos principales sub-ensambles parciales, al final del líquido y el final de energía. El extremo líquido produce el proceso de bombeo con válvulas, pistones y camisas. Debido a que estos componentes son elementos de mayor desgaste, las bombas modernas están diseñadas para permitir una rápida sustitución de estas piezas.
Para reducir la vibración severa causada por el proceso de bombeo, estas bombas incorporan tanto un amortiguador de pulsaciones de aspiración y de descarga. Estos están conectados a la entrada y salida del fin de líquidos. El terminal de potencia convierte la rotación del eje impulsor al movimiento alternativo de los pistones. En la mayoría de los casos una cruceta engranaje inestable se utiliza para esto.
2.6.1. BOMBAS DE LODOS MÁS COMUNES UTILIZADAS EN EL PROCESO PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS
Una bomba centrífuga es una máquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter; o una cubierta o carcasa, las paletas imparten energía al fluido por la fuerza centrífuga.
Se clasifican:
DUPLEX: Es una bomba de presión y aspiración con nivel constante integrado en el termostato para su conexión a circuitos abiertos y cerrados. Han sido por mucho tiempo muy usadas para diferentes servicios, incluyendo alimentación de calderas en presiones de bajas a medianas, manejo de lodos, bombeo de aceite y agua, etc. Se caracterizan por la facilidad de ajuste de columna, velocidad y capacidad. Al igual que todas las bombas alternativas, las unidades de acción directa tienen un flujo de descarga pulsante.
24 se le da en el campo), ya que proporciona el medio para circular el fluido de control de la superficie al fondo del pozo y viceversa. La transmisión de fuerza está formada por dos catarinas, una motriz y otra impulsada, unidas por una cadena de rodillos alojada y protegida dentro de una carcasa o guarda que incluye un sistema de lubricación.
2.6.2. EVOLUCIÓN DESDE BOMBAS DÚPLEX HASTA BOMBAS TRIPLEX
A principio de los años cincuenta, la introducción de las brocas equipadas con chorros cambió la aplicación de la hidráulica en la perforación. De repente, las exigencias de presiones de circulación aumentaron hasta 3.500 psi (libra por pulgada cuadrada).
La repuesta de los fabricantes de bombas de lodo, ante esta situación fue diseñar equipos con más caballaje, los cuales resultaron muy costosos. Las bombas tenían recorridos de emboladas y vástagos más largos, extremos de potencia más pesados etc.
25 Las operaciones del equipo de perforación pueden combinar las bombas o sea, pueden usar dos, tres o cuatro bombas al mismo tiempo para poder mover grandes volúmenes de lodo cuando se requiera.
Las bombas triplex tienen tres pistones que se mueven para atrás y para adelante en las camisas, las bombas dúplex tienen dos pistones que se mueven de igual forma. Las bombas triplex tienen muchas ventajas con respecto a las bombas dúplex.
Pesan un 30% menos que una dúplex con los mismos caballos de fuerza, las partes de peso más ligero son más fáciles de manejar y por lo tanto más fáciles de mantener, cuestan menos utilizarlas.
El lado de fluidos es accesible, descargan lodo más suavemente o sea la salida de una bomba triplex no produce tantas sacudidas como la de una bomba dúplex y pueden mover grandes volúmenes de lodo a altas presiones requeridas en las perforaciones modernas de pozos más profundos.
2.6.3. FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS TRIPLEX
Los operarios pueden cambiar las camisas y los pistones y no solamente pueden cambiar los inservibles si no también instalarlos de diferentes tamaños. Normalmente las bombas usan camisas y pistones grandes cuando se necesitan mover grandes volúmenes de lodo a presiones relativamente bajas, usan camisas y pistones pequeños cuando se necesita mover volúmenes más pequeños de lodo a presiones relativamente altas.
2.6.4. COMPONENTES DE LA BOMBA TRIPLEX
26 La sección de fuerza, aloja el cigüeñal y el montaje de engranaje que mueven los pistones que a su vez están montados en la sección de fluidos. La potencia de la bomba se alimenta por un motor, los equipos de perforación modernos y grandes utilizan potentes motores eléctricos para accionar las bombas, los equipos de perforación mecánicos utilizan la transmisión por cadenas o correas de potencia para accionar las bombas, un amortiguador conectado al tubo de descarga del lodo suaviza el vacío formado por los pistones cuando descargan el lodo.
2.6.4.1. Amortiguador de Pulsación (Dámper)
Este es un amortiguador estándar de vejiga, la vejiga en el cuerpo del amortiguador separa el nitrógeno presurizado de la parte de arriba del lodo en la parte inferior de la vejiga, esta vejiga está fabricada de fibra sintética la cual la hace muy flexible, cuando la presión de descarga del lodo empuja contra la parte inferior de la vejiga la presión del nitrógeno en su parte superior lo resiste, esta resistencia amortigua las sacudidas del lodo al salir de la bomba.
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2.6.4.2. Amortiguador en la Succión (Suction Dámper)
Un amortiguador en la succión (SUCTION DAMPER) suaviza el flujo del lodo que entra en la bomba, los operarios montan este amortiguador en la línea de succión de la bomba de lodo triplex, dentro de la cámara de acero hay una vejiga o un diafragma de caucho cargado de aire con una presión de 10 a 15 lppc. El amortiguador en la succión absorbe las sacudidas de la línea de succión de las bombas de lodo, originada por el rápido movimiento de los pistones de la bomba, los pistones inician y detienen constantemente el flujo de lodo a través de la bomba.
Figura 5. Damper de Succión (Mendoza, 2013)
2.7. COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS BOMBAS DE
LODOS
UTILIZADAS
EN
EL
PROCESO
DE
PERFORACIÓN DE POZOS PETROLEROS
Casi todos los modelos de bombas tienen tres componentes principales:
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Figura 6. Caja de cadena (Schlumberger, 2013)
La caja de cadena tiene dos importantes funciones:
a) Ofrece flexibilidad, permitiendo montar la bomba en distintas posiciones con respecto al eje de salida del motor primario. La caja de cadena puede ir montada en cualquiera de los lados del power end. b) Convierte la salida del motor de bajo torque y alta velocidad de rotación
en alto torque y baja velocidad de rotación, más adecuado a los requisitos del power end. El motor primario hace que la cadena se desplace sobre las ruedas dentadas superior e inferior, montadas en el eje de piñón de la bomba. Cuando el motor primario hace girar el eje inferior, la cadena transmite la potencia al eje superior, haciéndolo girar también.
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Power end: convierte la energía de rotación en energía de movimiento alternativo. El power end funciona igual que el cigüeñal del motor de un automóvil. El eje de piñón mueve el cigüeñal mediante los engranajes principales.
Las excéntricas del cigüeñal transforman la rotación del eje principal en un movimiento alternativo. La fuerza alternativa se transmite entonces a las bielas y las crucetas, desplazando los pistones que se encuentran en el fluid end.
Figura 7. Power end (Pistones) (Schlumberger, 2013)
30 (carrera de descarga), el fluido que hay dentro de la cámara es expulsado hacia el exterior. La válvula de succión se cierra inmediatamente y el fluido levanta de su asiento la válvula de descarga, empujando el fluido hacia la cámara de descarga.
Figura 8. Flujo a través del fluido end (Schlumberger, 2013)
2.8. CONCEPTO DE MANTENIMIENTO
El Mantenimiento son acciones que se dedican a la conservación del equipo de producción, para asegurar que éste se encuentre constantemente y por el mayor tiempo posible, en óptimas condiciones de confiabilidad y que sea seguro de operar. La European Federation of National Maintenance Societies define mantenimiento como: “todas las acciones que tienen como objetivo mantener un artículo o restaurarlo a un estado en el cual pueda llevar a cabo alguna función requerida.
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2.8.1. MANTENIMIENTO PREDICTIVO
En este tipo de mantenimiento el objetivo o función primordial es el de predecir con toda oportunidad la aparición de una posible falla y/o diagnosticar un daño futuro al equipo. En este sistema, la característica principal es el empleo de aparatos e instrumentos de prueba, medición y control.
Este tipo de mantenimiento, es necesario porque ayuda a evitar las costosas reparaciones de equipo y maquinaria, así como minimizar el tiempo perdido por suspensiones imprevistas.
Con este sistema, no es necesario aumentar la cantidad de personal requerido para aplicar los procedimientos, ya que se cuenta con el personal de supervisión indispensable para mantener y conservar las instalaciones.
2.8.1.1. Ventajas
Conocemos el estado de la máquina en todo instante.
Eliminamos prácticamente todas las averías.
Solo paramos o intervenimos en la máquina cuando realmente es necesario.
Conocemos el daño en los componentes desde una fase inicial del mismo, permitiéndonos programar su sustitución en el momento más conveniente.
Al intervenir en la máquina conocemos el problema, reduciendo el tiempo de la reparación.
Podemos identificar los fallos ocultos, así como la causa de fallos crónicos.
Reducimos las piezas del almacén, adquiriéndolas cuando detectamos el problema en una fase primaria.
Incrementamos la seguridad de la planta.
2.8.1.2. Desventajas
32 que se defina como segunda revisión, por lo que las urgencias también deben darse mediante programaciones.
Requiere equipos especiales y costosos. Al buscarse medir todo con precisión, los equipos y aparatos suelen ser de alto costo, por lo que necesitan buscarse las mejores opciones para adquirirse.
Es importante contar con personal más calificado. Aunque ya mencionamos que el personal es menor, éste debe contar con conocimientos más calificados, lo que eleva a su vez el costo y quizá, dependiendo del área, disminuyan las opciones.
Es costosa su implementación. Por lo mismo debe manejarse mediante programaciones de trabajo, si se unen los costos de todas las veces que se paró la máquina y se revisó por cuestiones que se identificaron la primera vez, el costo es considerablemente alto.
2.8.1.3. Procedimiento de Aplicación
En este tipo de mantenimiento, una vez establecidas las rutinas de revisiones y comprobaciones, el trabajo se facilitará con el auxilio de registros y anotaciones. Complemento de este tipo de mantenimiento es el trabajo de gabinete. Aquí el ingeniero de mantenimiento elabora estadísticas con los registros que los supervisores efectúan en campo, logrando con esto una historia del comportamiento de cada unidad en operación.
Usar gráficas es conveniente ya que con ellas se puede predecir con oportunidad cuando un elemento de maquinaria debe ser reemplazado para que el equipo pueda proseguir operando con seguridad.
En resumen, el mantenimiento predictivo es beneficioso por las siguientes razones:
Reduce el número de paros imprevistos,
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Alarga el período de vida útil del equipo,
Permite un abastecimiento de refacciones oportuno,
Elimina el tiempo ocioso del personal de mantenimiento para aplicarlo en otra actividad.
2.8.2. MANTENIMIENTO PREVENTIVO
La característica principal de este sistema es detectar las fallas o anomalías en su fase inicial y su corrección en el momento oportuno.
La definición, implica "prevenir" o sea, la correcta anticipación para evitar un riesgo o un daño mayor al equipo, con el auxilio del mantenimiento predictivo, ahora en forma conjunta con el preventivo, y programas de mantenimiento adecuadamente planeados, la conservación de las unidades está en su grado óptimo, dando como resultado una mayor disponibilidad del equipo, reduciendo con esto los tiempos de operación del mismo en la perforación o desarrollo.
Una buena organización de mantenimiento que aplica estos sistemas, con experiencia, determina las causas de fallas repetitivas y la vida útil de componentes, llegando a conocer los puntos débiles de maquinaria e instalaciones.
2.8.2.1. Ventajas
Menos mano de obra y menos partes o repuestos utilizados en estas operaciones, que en las de emergencia.
Menos reparaciones mayores.
Bajos costos por reparaciones sencillas realizadas antes de que se presente la emergencia.
Eliminación de reemplazos prematuros de equipos.
Menos equipos de emergencia instalados.
Disminución de los costos de mantenimiento.
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Mejor control de los repuestos, que conllevan a un inventario mínimo.
Mayor seguridad para los operarios.
2.8.2.2. Desventajas
Entre sus pocas desventajas se encuentran:
Se requiere tanto de experiencia del personal de mantenimiento como de las recomendaciones del fabricante para hacer el programa de mantenimiento a los equipos.
No permite determinar con exactitud el desgaste o depreciación de las piezas de los equipos.
2.8.2.3. Procedimiento de Aplicación
Una vez establecido un plan de mantenimiento y elaborado el programa de revisiones rutinarias y periódicas que deben efectuarse sobre un componente del equipo, el siguiente paso será el de coordinar con las secciones de operación y materiales todas aquellas actividades que les competen, de tal manera que el tiempo que la unidad este fuera de operación sea el mínimo, o bien que no afecte la buena marcha de las operaciones del equipo, en esta sección de mantenimiento se han establecido programas computarizados de fácil comprensión.
Que permiten llevar un récord de todas las unidades en operación y al mismo tiempo determinar con prontitud que componentes de maquinaria son susceptibles de reemplazo, como son bandas de transmisión, rodamientos, filtros, acoplamientos, etc.
35 Los factores que intervienen en el desarrollo del mantenimiento programado y que determinan su correcta aplicación son a grandes rasgos los siguientes:
Limpieza de componentes.
Utilizar kits de mantenimiento si es necesario.
Herramienta adecuada y en condiciones, refacciones y materiales.
Ruta de trabajo.
Seguridad personal.
Experiencia en las operaciones.
2.8.3. MANTENIMIENTO CORRECTIVO
Para este tipo de mantenimiento no hay una definición precisa que explique con claridad, las ventajas o desventajas que presenta su aplicación. El aspecto económico es determinante en el análisis de costos totales de operación.
Para unos, el mantenimiento "correctivo" significa la actividad de reparar después de una suspensión no prevista; otros sin embargo, consideran que es el conjunto de acciones tendientes a minimizar los paros no previstos, como será la sustitución de materiales, rediseño de instalaciones, modificaciones operativas, etc. Cualquier programa de mantenimiento producirá beneficios y, es el de conservar las propiedades físicas de la empresa en óptimas condiciones, alta disponibilidad y alargar la vida útil de las instalaciones y de los equipos. Puede afirmarse con certeza, que ninguno de los tres tipos de mantenimiento descritos es aplicable en un 100%, la tendencia es la de mantener y procurar altos niveles de eficiencia en la aplicación del programa adoptado.
2.8.3.1. Ventajas
No requiere de una organización técnica muy especializada.
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2.8.3.2. Desventajas
La disponibilidad de los equipos es incierta.
Lleva paralizaciones en extremo costosas y prolongadas.
El costo extra de materiales, repuestos y mano de obra, que puede ser el resultado de una avería imprevista la que podría haberse evitado con un poco de atención.
Es muy probable que se originen algunas fallas al momento de la ejecución, lo que ocasiona que este sea más tardado.
No podemos asegurar el tiempo que tardara en repararse dichas fallas.
2.8.3.3. Procedimiento de Aplicación
Desde el punto de vista técnico, el mantenimiento correctivo comprende las actividades típicas del predictivo y preventivo, tales como:
Limpieza: Actividad obligatoria antes de intervenir el equipo.
Inspección: Actividad comprobatoria del defecto o la falla prevista o no prevista.
Abastecimiento: Verificación previa de existencias de refacciones y materiales.
Cambio o reparación: Reemplazo y reparación de la pieza dañada
Lubricación: Análisis de lubricantes cambio en las técnicas de aplicación.
Pueden mencionarse otros aspectos aplicables al sistema de mantenimiento adoptado, pero son, siempre las necesidades de la industria las que determinan en gran parte los trabajos de mantenimiento rutinario que deben ejecutarse.
37 Reemplazo de unidades inadecuadas y la oportuna identificación de unidades con altos costos de mantenimiento, lo cual lleva a investigar y corregir las causas.
2.9. INSPECCIÓN
La función principal del sistema del sistema de circulación es la de proveer un medio para bajar o levantar los fluidos de perforación, y hacer que la perforación de pozos de hidrocarburos sean lo más económicamente posible. Uno de los objetivos de los trabajos de inspección es mantener las bombas de lodos en operación continuamente, sin embargo el uso y el funcionamiento del equipo en las operaciones requieren hacer paradas en el proceso, lo cual afecta de manera directa en el costo diario de perforación.
Para dar confiabilidad y seguridad en los trabajos realizados, es necesario garantizar la calidad o el correcto funcionamiento de los componentes de las bombas de lodos en periodos de tiempo establecidos dependiendo del ambiente laboral en el cual se va a realizar la inspección. Inspeccionar las bombas de lodos en perforación es una actividad que amerita el cumplimiento técnico y verificación de las condiciones de las siguientes áreas del mismo: unidades de potencia motores, sistema de contrapeso, transmisión, sistema hidráulico, sistema eléctrico.
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2.9.1. CATEGORÍAS DE INSPECCIÓN
Las categorías de inspección están definidas en la Norma API RP 8B1 “Recommended Practice for Procedures for inspection, Maintenance, Repair, and Remanufacture of Hoisting Equipment”
Categoría I: En esta categoría se observa las bombas de lodos antes, durante y después de su operación con el fin de detectar indicios de desempeño inadecuado. Cuando el equipo está en uso, se debe inspeccionar diariamente buscando fisuras, conexiones o montajes desajustados, elongación de partes y otras señales de corrosión, desgaste o sobrecarga. También se le debe realizar una prueba de operatividad de la herramienta para verificar el funcionamiento de los mecanismos de apertura y cierre, movilidad de componentes, entre otros. Las bombas deben ser inspeccionada visualmente por personal que conozca las características y funcionamiento de las mismas. Además, a las bombas que se le diagnostiquen fisuras, desgastes excesivos, deben ser retiradas de manera inmediata para someterlas a un ensayo de categoría superior a la que esté siendo evaluada.
Categoría II: Adicional a la categoría I esta inspección consiste en la búsqueda exhaustiva de corrosión, deformaciones, componentes sueltos o faltantes, deterioro, lubricación inadecuada, fisuras externas visibles y ajuste.
Categoría III: Adicional a la categoría II esta inspección se le realizan pruebas no destructivas de las áreas y partes criticas de las herramientas, pudiendo requerir un desarme parcial para acceder a componentes específicos e identificar desgaste que exceda los criterios de tolerancia del fabricante.
1 American Petroleum Institute (2012). Norma API RP 8B, Recommended Practice for
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Categoría IV: Incluye categoría III más una inspección adicional para la cual se desarma el equipo en la medida de lo necesario para realizar una prueba no destructiva de todos los componentes primarios que soportan la carga según lo define el fabricante.
2.10. ETAPAS DE LA INSPECCIÓN
Aunque existen muchos tipos de inspecciones, el procedimiento es similar para todas. Las etapas son: preparar, inspeccionar, desarrollar acciones correctivas y adoptar acciones de seguimiento, éstas se aplican en diferente grado, de acuerdo al tipo de inspección.
2.10.1. PREPARACIÓN
Una preparación adecuada incluye una planificación de pre-inspección, en la aplicación de listas de verificación, en la revisión de los informes previos de inspección y en la reunión de los instrumentos y materiales de inspección. Uno de los conceptos modernos dentro de las técnicas apropiadas de inspección consiste en asegurarse de otorgar una adecuada atención a las cosas que muestren un alto cumplimiento con estándares.
2.10.2. PLANIFIQUE LA INSPECCIÓN
El primer paso de la planificación, es definir el mapa del taladro, el cual ayuda a diseñar el recorrido de la inspección. A su vez, una ruta planificada ayuda a dividir mejor el tiempo de se determina lo que se va a observar.
Una vez que se hayan establecido los límites, la etapa siguiente es determinar qué se va a observar, en estos casos, la práctica más comúnmente usada es emplear unas cuantas palabras descriptivas, las más comunes son: doblado, quebrado, descompuesto, desgastado, grasiento, retorcido, corroído, suelto, mutilado, etc.
