Upstream.
Exploración y Producción.
Las operaciones upstream consideran la búsqueda de pozos potenciales ya sea en tierra (onshore) o marinos (offshore), la perforación exploratoria para validar viabilidad y dar lugar a la explotación de campos petroleros que extraen el hidrocarburo del subsuelo.
Perforación rotatoria
La función principal de una torre de perforación rotatoria es atravesar las diferentes capas de roca terrestre para obtener un agujero que nos permita explotar los hidrocarburos. Para esto, se requiere del equipo necesario y suficiente que nos permita la realización del trabajo.
Los cinco sistemas son:
1. Sistema de izaje
El sistema de izaje suministra un medio por el cual se da movimiento vertical a la tubería que está dentro del pozo.
Un sistema de izaje está formado por:
1.1 Torre o mástil:
La torre o mástil de perforación tiene como función principal ser el soporte de toda la sarta de perforación y de todos los equipos que se involucran en el mismo.
Torre o mástil
Esquema de una torre de perforación
Subestructura
1.2 Subestructura:
Es la parte inferior de la torre o mástil y se sitúa en el piso de perforación. Se caracteriza por ser un conjunto de vigas muy resistentes que sustenta el conjunto de herramientas y equipos utilizados en el proceso de perforación para levantar, bajar o suspender la sarta y provee el área de trabajo para los equipos y personal, sobre y debajo del piso de perforación.
Malacate
1.3 Malacate:
El malacate es la pieza principal del sistema de izaje, es grande y pesado, consiste de un tambor que gira sobre un eje alrededor del cual se enrolla un cable de acero, llamado cable de perforación. El objetivo principal del malacate es el de izar e introducir la tubería en el agujero de perforación.
Bloque de corona / Gancho
1.4 Bloques y cable de perforación:
La polea viajera, el gancho, el bloque de la corona y el cable de perforación constituyen un conjunto cuya función es soportar la carga que está en la torre, mientras se introduce o se extrae la tubería del agujero.
2. Sistema rotatorio.
El objetivo del sistema es proporcionar la acción de rotación a la barrena para que realice la acción de perforar.
Actualmente existen tres mecanismos para brindar rotación a la barrena:
2.1 El sistema rotatorio convencional
Este sistema es superficial y transmite la rotación a la tubería de perforación a través de sus componentes:
Mesa rotatoria: La mesa rotatoria es generalmente fabricada por aleación de acero. Recibe la energía del malacate mediante la cadena de transmisión de la rotatoria y produce un movimiento circular para que la maquinaria la transfiera a la tubería y a la barrena.
Flecha o Kelly: La flecha o kelly es una pieza de tubo cuadrada o hexagonal de un metal pesado que mide aproximadamente doce metros y que forma el extremo superior de la sarta de perforación. Su función es transmitir el giro que le proporciona la mesa rotatoria al varillaje, permitir su ascenso y descenso, así como conducir por su interior el fluido de perforación que ha de circular por todo el varillaje.
Sarta de perforación La sarta de perforación es el enlace mecánico que conecta a la barrena de perforación que está en el fondo con el sistema de impulsión rotario que está en la superficie. El propósito principal de la sarta de perforación es de transmitir la torsión de la mesa rotatoria y la flecha Kelly hasta la barrena situada en el fondo del pozo. También sirve para dar circulación al fluido de perforación a fin de enfriar la barrena y remover los recortes.
Unión giratoria o swivel:
La unión giratoria o swivel tiene tres funciones básicas:
Tubería de perforación: La tubería de perforación es una barra de acero hueca utilizada para llevar a cabo los trabajos durante la operación de perforación. Generalmente se le conoce como tubería de trabajo, porque está expuesta a múltiples esfuerzos durante las operaciones.
Lastrabarrenas: Los lastrabarrenas son tubos lisos, cuadrados o en espiral de acero o material no magnético de espesores significativos, pesados y rígidos, los cuales sirven de unión entre las barrenas y las tuberías de perforación. En la perforación direccional son preferibles las de espiral debido a que sus ranuras reducen el área de contacto con la pared, reduciendo la probabilidad de que se produzca un atascamiento por parte de la tubería.
Barrena: La barrena es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de perforación, utilizada para cortar o triturar la formación del suelo durante el proceso de la perforación rotatoria.
2.2 Motor elevable o top drive. Es un equipo superficial utilizado para imprimir rotación a la sarta de perforación sin la utilización de la mesa rotatoria ni la flecha.
Este equipo es impulsado por un motor de corriente alterna, sube y baja por la torre a través de un raíl o viga guía a la que se sujeta gracias a unos patines que permiten su libre deslizamiento vertical; es usado en una gran variedad de aplicaciones tanto en tierra como en mar, lleva la unión giratoria y un sistema de sujeción de tubos integrado y, elimina la necesidad de circuitos hidráulicos de servicio.
2.3 Motor de fondo o bottom drive. En situaciones especiales, el equipo puede utilizar un motor de fondo para rotar la barrena, que, a diferencia de un sistema rotatorio convencional o un sistema de motor elevable, el motor de fondo no gira la tubería de perforación, sino solamente la barrena. El lodo de perforación acciona la mayoría de los motores de fondo, que normalmente se instalan sobre la barrena.
Este equipo es impulsado por un motor de corriente alterna, sube y baja por la torre a través de un raíl o viga guía a la que se sujeta gracias a unos patines que permiten su libre deslizamiento vertical; es usado en una gran variedad de aplicaciones tanto en tierra como en mar, lleva la unión giratoria y un sistema de sujeción de tubos integrado y, elimina la necesidad de circuitos hidráulicos de servicio.
3. Sistema de circulación de lodo.
La principal función del sistema de circulación de lodo es de hacer circular el fluido de perforación hacia el interior y exterior del pozo con el propósito de remover los recortes de roca del fondo del agujero a medida que se perfora, además de proveer un medio para controlar el pozo y las presiones de formación mediante el fluido de perforación.
Un sistema de circulación de lodo está formado por:
3.1 Equipos principales del Sistema de circulación de lodo:
Ciclo de circulación del fluido de perforación
Bombas de lodo
3.2 Fluido de perforación. Los fluidos de perforación cumplen muchas funciones: controlan las presiones de formación, remueven los recortes del pozo, sellan las formaciones permeables encontradas durante la perforación, enfrían y lubrican la barrena, transmiten la energía hidráulica a las herramientas que se encuentran en el fondo del pozo y a la barrena y, quizás lo más importante, mantienen la estabilidad y el control del pozo.
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Fluido de perforación
4. Sistema de energía.
Mecánica o eléctricamente, cada torre de perforación moderna utiliza motores de combustión interna como fuente principal de energía o fuente principal de movimiento. Un motor de una torre de perforación es similar a los motores de los coches, excepto que los de la torre son más grandes, más potentes y no usan gasolina como combustible. La mayoría de las torres necesitan de más de un motor para suministrar la energía necesaria para la perforación de pozos.
Un sistema de energía está formado por:
4.1 Transmisión eléctrica de energía.
Las instalaciones diésel-eléctricas utilizan motores diésel, los cuales le proporcionan energía a grandes generadores de electricidad. Estos generadores a su vez producen electricidad que se transmite por cables hasta un dispositivo de distribución en una cabina de control. De ahí, la electricidad viaja a través de cables adicionales hasta los motores eléctricos que van conectados directamente al equipo, al malacate, a las bombas de lodo y a la mesa rotatoria.
4.2 Transmisión mecánica de energía.
En una instalación de transmisión mecánica, la energía es transmitida desde los motores hasta el malacate, las bombas y otra maquinaria a través de un ensamble.
Transmisión mecánica de energía
5. Sistema para el control del pozo.
Un reventón es un evento indeseable en cualquier instalación petrolera porque pone en peligro las vidas humanas, puede destruir una instalación cuyo valor puede ser de millones de euros, puede desperdiciar petróleo y hacer daño al medio ambiente. Un fluido, ya sea líquido o gas, brota del pozo casi siempre con una gran fuerza y muchas veces se incendia, especialmente si el fluido es gas.
El problema surge cuando la presión de la formación es más alta que la que se tiene en el pozo. Casi siempre el fluido de perforación evita que el fluido de la formación entre al pozo y reviente, pero bajo ciertas circunstancias este fluido de la formación puede entrar al pozo y causar dificultades, ocasionando un cabeceo, es decir, el fluido de la formación entra al pozo y parte del fluido de control es empujado fuera del pozo. Si el personal operativo no se da cuenta de estos primeros indicios de un cabeceo, todo el fluido de perforación será expulsado del pozo y el fluido de la formación fluirá sin control hasta la superficie terminando en un chorro incontrolable, resultando en un reventón. Por lo anterior existe un equipo para mantener el control del pozo y evitar dificultades.
Un sistema para el control del pozo está formado por:
5.1 Preventores BOP (Blowout Preventer).
La función de los preventores es la de controlar el paso de fluidos de una formación productora hacia la superficie, tanto por el espacio anular como por el interior de la tubería de producción o de trabajo, ya sea gas, aceite o agua.
5.2 Acumuladores.
Los preventores se abren y se cierran por medios hidráulicos, a través de fluidos que están almacenados bajo presión en unos equipos llamados acumuladores, los cuales son recipientes en forma de botellas o esféricos que están localizados en la unidad de operaciones.
5.3 Estranguladores.
Cuando ocurre un cabeceo, al cerrar el pozo con uno o más de los preventores, se tiene que seguir perforando, por lo que hay que trasladar fuera al fluido invasor con un fluido de densidad apropiado llamado fluido de control. Para tal operación se instalan los estranguladores, que son un juego de válvulas, las cuales van conectadas a los preventores con la línea del estrangulador; o sea, cuando un pozo se ha cerrado, el lodo y el fluido invasor son llevados hacia fuera por medio de la línea de estrangular y a través del juego de conexiones de los estranguladores.
5.4 Separador de lodo y gas.
Este separador es una pieza que rescata el lodo útil que sale del pozo mientras se está circulando hacia fuera del pozo y separa el gas para que pueda ser quemado a una distancia segura de la instalación. La mayoría de los separadores de lodo y gas son hechos de una sección de tubería de diámetro grande que utiliza deflectores internos para hacer que el chorro de lodo y gas se muevan más despacio, y de un arreglo de tubos en forma de "S" en el fondo para permitir que el lodo fluya hacia el tanque de la zaranda vibratoria. Como el gas se mantiene encima del lodo existe un tubo de descarga en la parte de superior, el cual permite que el gas vaya hacia el quemador sin hacer mucha presión contra del lodo.
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