Motor de Fondo y Turbinas

UNIDAD ACADEMICA COCHABAMBA ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA “MCAL. ANTONIO JOSE DE SUCRE”

TRABAJO DE INVESTIGACION

MOTOR DE FONDO Y TURBINAS

CARRERA:

INGENIERÍA PETROLERA

SEMESTRE:

SEXTO “B”

CODIGO:

C4986-7

ESTUDIANTE: MARLEN FABIOLA VILLCA CHOQUE

DOCENTE: ING. JOSE ALBERTO MEJIA RAMOS

FECHA:

23 DE SEPTIEMBRE DE 2016

ÍNDICE

CONTENIDO

3. CONTENIDO TEMATICO O DESARROLLO………1

3.1. DEFINICION……….…..1

3.2.CARACTERÍSTICAS DE LA KELLY……….………1

3.3. SISTEMA DE ROTACIÓN CON KELLY……….……2

3.3.1. Especificaciones:………...……2

3.4. OPERACIÓN CON SISTEMA QUE UTILIZA KELLY:………3

4. CONCLUSIONES………..…3

1. INTRODUCCION.

Los motores de fondo constituyen el último desarrollo en herramientas desviadoras. Son operados hidráulicamente por medio del lodo de perforación bombeado desde la superficie a través de la tubería de perforación. Estos motores se utilizan en la perforación de pozos direccionales para perforar una curva predecible desde vertical hasta horizontal así manteniendo la geometría constante. El motor tiene una particularidad de eliminar la rotación de la tubería mediante una fuerza de torsión abajo, impulsada por el fluido.

La perforación direccional se define como la desviación intencional de un pozo con respecto del trayecto que adoptaría naturalmente. Esta desviación se logra a través del uso de cuñas, configuraciones de arreglos de fondo de pozo (BHA), instrumentos para medir el trayecto del pozo a la superficie, motores de fondo, y componentes BHA y barrenas de perforación especiales, incluidos los sistemas rotativos direccionales, y las barrenas de perforación. Donde el objetivo de una perforación direccional es direccionar la barrena de perforación en la dirección en la que se quiere perforar.

Un motor de fondo de pozo utilizado en el campo petrolero para accionar la barrena de perforación u otras herramientas de fondo de pozo durante las aplicaciones de perforación direccional o perforación de alto rendimiento. A medida que se bombea a través del motor de desplazamiento positivo, el fluido de perforación convierte la potencia hidráulica del fluido en potencia mecánica para hacer rotar la barrena. En operaciones de perforación direccional, esta capacidad es utilizada en el modo de deslizamiento cuando la sarta de perforación no se rota desde la superficie.

2. OBJETIVOS.

2.1. OBJETIVO GENERAL.

Identificar el motor de fondo como una herramienta que forma parte de un equipo de perforación que tiene como función incrementar la velocidad de penetración y reducir el desgaste de la tubería de revestimiento mediante la minimización de la rotación de la sarta de perforación.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Analizar de qué manera contribuye el motor de fondo y turbinas en perforación petrolera.

3. CONTENIDO TEMATICO O DESARROLLO. 3.1. DEFINICION.

Un motor de fondo (downhole motors) es una herramienta que se utiliza para perforar pozos dirigidos o direccionales. Constan de un estator y un rotor (similar a una bomba de cavidades progresivas) movidos por el fluido de perforación que se inyecta en boca de pozo.

Son operados hidráulicamente por medio del lodo de perforación bombeado desde la superficie a través de la tubería de perforación. Estas herramientas convierten la energía hidráulica del flujo del lodo en energía

mecánica que permiten la rotación del trepano sin necesidad transmitir esta rotación desde superficie.

3.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS 3.2.1. VENTAJAS

Entre las principales ventajas proporcionadas por el empleo de los motores de fondo podemos mencionar las siguientes:

o Proporcionar un mejor control en la desviación

o Posibilidad de desviar en cualquier punto de la trayectoria de un pozo. o Ayudan a reducir la fatiga de la tubería de perforación.

o Pueden proporcionar mayor velocidad de rotación en la barrena. o Generan arcos de curvatura suaves durante la perforación. o Se pueden obtener mejores ritmos de penetración.

o Disminuye los costos totales de la perforación

Analizando las ventajas anteriores podemos concluir que el uso de motores de fondo, reduce los riesgos de pescados, hacer óptima la perforación y en consecuencia disminuye los costos totales de perforación. Cabe aclarar que el motor de fondo no realiza la desviación por si solo, requiere del empleo de un codo desviador (bent sub). El ángulo del codo es el que determina la severidad en el cambio del ángulo.

Los motores de fondo pueden trabajar (en la mayoría de los casos) con cualquier tipo de fluido de perforación (base agua o aceite), lodos con aditivos e incluso con materiales obturantes. Aunque los fluidos con alto contenido de sólidos reducen en forma significativa la vida de la herramienta. El contenido de gas o aire en el fluido pueden provocar daños por cavitación en el hule del estator.

3.2.2. DESVENTAJAS.

o Se requiere una extrema precisión para orientar correctamente la sección curva debido a la elasticidad torsional de la columna de perforación.

o Menor potencia disponible para mover la mecha.

o La falta de rotación de la tubería disminuye la capacidad de remover los recortes sobre el lado inferior del pozo, donde se puede formar un colchón de recortes.

3.3. APLICACIONES DE LOS MOTORES DE FONDO.

 Perforación direccional.  Perforación horizontal.

 Perforación direccional “Crossing”.  Perforación con revestimiento.

3.4. FACTORES PARA LA SELECCIÓN.

 Tipo de barrena.  Velocidad.  Torque.

 Peso sobre la barrena.

 Caída de presión en la barrena.

 Gasto de fluido/ velocidad anular requerida para limpiar el pozo.  Tipo de fluido.  Gradiente de temperatura en el pozo. 3.5. TIPOS DE MOTORES DE FONDO.

Los motores de fondo son

potenciados por el flujo

del lodo de perforación. Los

dos importantes tipos de

motores de fondo son:  Los Motores de Desplazamiento Positivo – PDM.

 Las Turbinas que básicamente son bombas centrifugas o axiales.

El diseño de ambas herramientas es totalmente diferente. Las turbinas fueron ampliamente usadas hace algunos años atrás. Sin embargo, las mejoras en los diseños de los trépanos y PDM han hecho que hoy en día las turbinas solo sean usadas en aplicaciones especiales. Los principios de operación tanto de los PDM como de las turbinas se muestran a continuación.

PRINCIPIOS DE OPERACION

3.5.1. MOTORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO – PMD.

Consta de un motor helicoidal de dos etapas, válvula de descarga, conjunto de bielas, conjunto de cojinetes y eje. Este motor posee una cavidad de espiral forrada de caucho, provista de una sección transversal elíptica que aloja un motor sinoidal de acero.

A medida que se bombea a través del motor de desplazamiento positivo, el fluido de perforación convierte la potencia hidráulica del fluido en potencia mecánica para hacer rotar la barrena.

3.5.1.1. COMPONENTES DE PMD.

El primer motor de fondo usado en los campos petroleros fue el Dinadrill (Configuración lobular 1:2). Todos los motores de fondo constan basicamente de los siguientes elementos:

A. Válvula de Descarga (Dump Valve Assembly).

B. Sección de Poder o Potencia (Power Section)

C. Sección Ajustable. D. Transmisión

E. Sección de Rodamientos (Bearing Section)

F. Sección Giratoria (Drive Shaft Assembly).

A. Válvula de Descarga (Dump Valve

Assembly).

o Permite que el lodo llene el interior de la sarta de perforación durante los viajes y la vacíe mientras realizamos alguna conexión o sacamos la tubería fuera del pozo.

o Permite el paso de lodo hacia la sección de potencia.

o La válvula opera a través de un resorte el cual presiona un pistón.

o El pistón de la válvula es activado por presión diferencial (requiere aprox. 30% del flujo de lodo para forzar el pistón abajo)

o La válvula evita el influjo del pozo por el interior de la herramienta y permite que en los viajes la tubería salga seca.

 Los motores de desplazamiento positivo son una aplicación inversa de las bombas de Moineau.

 El fluido es bombeado dentro de las cavidades progresivas del motor.

 La fuerza del fluido causa el movimiento rotatorio de la transmisión dentro del estator.  La fuerza rotacional entonces es transmitida a

través de la transmisión al trepano.

► El rotor es un vástago de acero con chapa cromada en forma de hélice espiral.

► El estator es una cavidad de acero hueca, donde se aloja una goma compuesta de elastómero, la cual adopta una forma espiral durante su fabricación.

► El rotor es elaborado con un perfil de “lóbulos” coincidente y similar al armado helicoidal del estator. LOBULOS ► El estator siempre tiene un lóbulo más que el rotor. ► Una vez ensamblado el rotor y el estator forman un sello continúo a lo largo de puntos

coincidentes de contacto.

► La rotación y el torque disponible en un PDM dependen del ángulo de contacto y el número de lóbulos en el estator y el rotor.

► Las configuraciones rotor/estator (o relación de lóbulos) actualmente en uso son: ½, ¾, 5/6, 7/8 o 9/10.

► Las configuraciones ½ desarrollan las mayores velocidades y solo están disponibles para trépanos de PDC y diamante natural.

► A mayor cantidad de lóbulos se tiene menores velocidades (<RPM) pero se aumenta el torque desarrollado por el motor (> Torque).

► La magnitud de la rotación producida es proporcional al volumen de lodos bombeado a través del motor.

► El torque generado a través del PDM es proporcional a la caída de presión a través del motor y es también una función del peso sobre el trepano (WOB).

► Un incremento en el WOB creará mas torque y de la misma manera un incremento en la presión diferencial requerida a través de la sección de poder.

C. Sección ajustable (bent housing)

Permite graduar la curvatura

del motor de fondo para cualquier

aplicación direccional deseada.

D. Sección de

transmisión.

 Es colocado en la parte baja del rotor, dentro de la sección ajustable (bent housing).

 Transmite la velocidad rotacional y el torque hacia la sección giratoria y de este al trepano.

 Una junta universal convierte el

movimiento excéntrico del motor en un movimiento concéntrico dentro de la sección rotaria.

E. Sección de rodamientos (bearing section) y sección giratoria (drive shaft section).

 La sección giratoria es un componente de acero construido rígidamente. Se encuentra apoyado dentro de la sección de rodamientos (bearing section) a través rodamientos que soportan esfuerzos radiales y axiales.

 La sección de rodamientos (bearing section) transmite la potencia rotacional y el esfuerzo de la perforación al trépano de perforación.

F. Sección de rodamientos (bearing section)

 Permite la rotación de la barrena sin necesidad de rotación de la sarta.

 Posee bolas que giran en pistas de carburo de tungsteno.

 Son sellados o lubricados por lodo.

 Sobre la sección de baleros esta la Camisa Estabilizadora que es intercambiable de acuerdo a la aplicación direccional

requerida.

3.5.2. MOTOR TIPO TURBINA.

La turbina convierte la energía hidráulica proveniente del lodo en energía mecánica rotativa para ser entregada a la mecha de perforación.

La velocidad de rotación en fondo está entre las 600 rpm y 1500 rpm.

La rotación del trépano es independiente de la rotación de tubería.

3.5.2.1. CARACTERISTICAS DE LAS TURBINAS

 Capaz de generar altas potencias.

 La herramienta presenta un perfecto balance con los esfuerzos radiales

 La potencia a generar no depende de elastómeros, o elementos de goma (componentes metálicos).

 Las turbinas de perforación tienen una excelente resistencia al calor.

 La velocidad y le torque son manipulables desde Superficie.

3.5.2.2. DESVENTAJAS.

 Las turbinas no tiene aplicación con trépanos tricónicos.

 Genera alta potencia a expensa del flujo de lodo, lo que da poca aplicación en agujeros profundos.

 La fabricación y el desarrollo de turbinas que sean comercialmente viable y confiable es difícil y costosa.

3.5.2.3. VENTAJAS

o Reduce el número de viajes por cambio en el arreglo de fondo de pozo (BHA).

o Evita realizar viajes por cambios de junta ajustable (bent sub) o por fallas en la herramienta. o Es capaz de girar progresivamente a la izquierda usando una estabilización convencional

de turbina recta.

o Mínimo desgarre, desgaste y fatiga de los componentes de la sarta de perforación, superficie de la tubería y revestimiento.

o Reducción de torque en la sarta de perforación.

o Menor número de problemas durante la perforación como:

∞ Hinchamiento de la formación, ocurrencia de cavernas, “patas de perro” y derrumbes.

3.5.2.4. PARTES DE LA TURBINA.

 Sección de Poder o Potencia.

 Sección de Rodamientos.

3.5.2.4.1. Sección de Potencia

 Esta sección provee la potencia a la turbina.  Dependiendo del requerimiento podemos tener

configuraciones de 1,2 hasta 3 secciones de potencia por turbina.

 Se pueden contar con 70 a 150 piezas de alabes (Rotor/Estator) por sección de potencia.

3.5.2.4.2. Sección de Rodamientos:

3.5.2.4.3. Se clasifica según: a) Tamaño de Turbina.

b) El número de secciones de potencia c) El perfil del Alabe.

a) TAMAÑO DE LA TURBINA

b) NUMERO DE SECCIONES DE LA TUBERIA.

a. T1 - Turbina con una sección de Potencia. b. T2 - Turbina con dos secciones de Potencia. c. T3 - Turbina con tres secciones de Potencia.

c) PERFIL DEL ALABE O ALETA.

 Tipos de Aletas o Alabes: Mk1, Mk2 o Mk3, los cuales son seleccionados para optimizar una aplicación particular.

METODOS DE PERFORACION Existen dos: SLIDING:

 Perforación sin rotación de superficie donde el DHM proporciona toda la rotación al trepano.  Usado para la construcción del tramo direccional del pozo.

ROTARY:

 Perforación con rotación de superficie mas la rotación transmitida por el motor de fondo.  Usado para la construcción del tramo tangente del pozo.

a) CONCLUSIONES.