Equip de perforació rotatòria

Equip de perforació rotatòria

Equip de perforació en Heinersdorf, Alemània

El equip o trepe de perforació rotatòria és un equip utilisat per a perforar forats de gran profunditat en el sol, en la finalitat de drenar un jaciment geològic de la manera més econòmica i ràpida possible. És usat de manera intermitent, ya que el funcionament del trepe mateix i les operacions conexas per a realisar les perforació requerixen fer pauses durant el curs dels treballs.

Els equips de perforació rotatòria es classifiquen en taladros de perforació en terra (on-shore) o trepe de perforació costa fòra (off-shore). Les seues característiques principals de disseny són la movilitat, la flexibilitat i la profunditat màxima d'operació.

Els components de l'equip de perforació, en general, són comunes a abdós tipos de taladros de perforació. L'única diferència de pes està en l'utilisació d'un tubo d'extensió (riser de perforació) entre el pis de perforació i el llit marí quan es perfora en un ambient costa marí.

Classificació

Hi ha molts tipos i dissenys d'equips de perforació, sent molts equips de perforació capaces de commutar o combinar diferents tecnologies de perforació, segons siga necessari. Els equips de perforació poden ser descrits utilisant qualsevol dels següents atributs:

D'acort a la font de potència

• Mecànica - l'equip de perforació utilisa convertidors de torque, embragues, i transmissions impulsades pels seus propis motors, a sovint diésel
• Elèctrica - els principals elements de la maquinària són impulsats per motors elèctrics, per lo general en l'energia generada en el lloc d'us de motors de combustió interna
• Hidràulica - l'equip de perforació utilisa principalment energia hidràulica
• Neumàtic - l'equip de perforació s'alimenta principalment per aire a pressió
• A vapor - l'equip de perforació utilisa motors a vapor i bombes (obsolets despuix de mitan de el XX.)

D'acort a la canonada usada

• Convencional — utilisa canonades de perforació de metal o plàstic de diferents tipos
• De canonada flexible (coiled tubing) — usa un carret de gran tamany de canonada flexible i un motor de fondo

D'acort a l'altura de la cabria

Els equips de perforació es diferencien per la cantitat de canonades conectades que són capaces de traure simultàneament i almagasenar en la torre quan es necessita la sarta de perforació fòra del clot. Normalment açò es fa quan es canvia una mecha o en realisar registres de pou.

• Simple- pot traure només un (1) tubo de perforació per volta. La presència o absència d'un pipe rack varia d'equip a equip.
• Doble - pot traure dos (2) tubos de perforació conectats, cridats "parella de dos canonades".
• Triple - pot traure tres (3) tubos de perforació conectats. El conjunt de tubos és cridat "parella" o "parada".
• Tetra- pot traure quatre (4) tubos de perforació conectats.

D'acort al método de rotació

• Taula rotatòria — la rotació es conseguix girant una canonada quadrada o hexagonal denominada quadrant (kelly) en una taula giratòria en el pis de perforació.
• Top drive — la rotació i la circulació s'efectuen en el top de la sarta de perforació, utilisant un motor que es desplaça sobre rieles verticalment dins de la cabria.

D'acort a la posició de la cabria

• Convencional — la torre o cabria és vertical.
• Inclinat (slant) —la cabria s'inclina a un àngul fix o variable per a facilitar la perforació direccional.

Components de l'equip de perforació rotatòria

Un equip de perforació rotatòria està compost bàsicament per cinc sistemes:

Sistema d'alçament

La seua funció principal és soportar el pes del sistema de rotació, ademés de proporcionar el desplaçament vertical necessari a la sarta de perforació.

Està compost principalment per:

• Malacate,
• Guaya o cable de perforació,

• Cabria o torre de perforació,
• Bloc corona,
• Bloc viager,
• Bloc gancho,
• Unió giratòria (swivel) o be, un sistema Top Drive.

Sistema de rotació

Comprén la mecha o barrena de perforació i tot el conjunt de tubulars que li proveïxen energia rotatòria per a tallar o triturar la formació. En llínees generals, el sistema de rotació està compost per una sarta de perforació (drill string) i un mecanisme que li proveïxca d'energia rotatòria.

La sarta de perforació comprén:

• Mecha de perforació, també coneguda com barrena o trépano,
• Ensamblage de fondo (BHA, de l'anglés bottomhole assembly), que inclou
  • Portamechas, collars de perforació o lastrabarrenas (drill collar o DC),
  • Estabilisadors
  • Ferramentes de perforació direccional (RSS, motor de fondo, MWD)
  • Ferramentes de perfils de pou (LWD)
  • Canonades de perforació pesades (heavy weight drill pipe, o HWDP)
• Canonada de perforació (drill pipe o DP)

Canonades de perforació

Entre els mecanismes que proveïxen de rotació a la sarta es tenen:

• Sistema Top Drive
• Taula rotatòria (Kelly drive)
• Unió giratòria de potència (Power swivel)
• Motor de fondo

El sistema tradicional és el de taula rotatòria, que consistix en una taula giratòria ubicada en el pis de perforació o "planchada", la qual és accionada per una conexió de diferencials que va unida a un motor d'alta potència. A esta taula rotatòria s'acopla un buje de quadrant (kelly bushing) el qual posseïx un forat en el seu centre de forma hexagonal o quadrada en el que s'introduïx un tubular de secció travessera igualment hexagonal o quadrada, que finalment transmet la potència a la sarta de perforació que té enroscada baix de sí. Dita canonada hexagonal o quadrada es denomina "quadrant" (kelly), i trencada junt a la taula.

Els equips moderns utilisen un sistema Top Drive, que consistix en un motor elèctric conectat al bloc viager el fi del qual és proveir rotació a la sarta de perforació i injectar-li el decorregut de perforació, complint d'esta manera les funcions de la tradicional unió giratòria en sistemes de taula rotatòria. Incorpora ademés sistemes de manipulació de canonades com a esclavons en elevadors, claus de torque i claus de força.

Sistema de circulació

En este sistema es treballa en altes pressions, ya que consistix en la circulació de fanc de perforació a alta pressió, l'objectiu de la qual és "Lubricar", "Refrigerar" i "Transportar" les enrunes (ripios o retallada) remoguts per la mecha al seu pas dins del terreny. És de vital importància ya que sense este sistema el trepe no conseguiria penetrar ni tan sols 5 metros en el sol, degut a que la gran fricció generada elevaria la temperatura i fondria la mecha.

Un sistema de circulació típic en un equip de perforació rotatòria està compost per:

• Bombes de fanc
• Canonada vertical (stand-pipe)
• Mànega rotatòria (kelly/rotary hose)
• Unió giratòria (swivel)
• Sarta de perforació
• Mecha o barrena
• Espais anular
• Equips de control de sòlits
  • Zaranda o taula vibratoria (shale shaker)
  • Desgasificador (degasser)
  • Desarenador (desander)
  • Deslimador (desilter)
• Tancs de fancs
• Sistemes mezcladores
• Bombes centrífugas (precarga de bombes de fanc)

S'expliquen a continuació alguns d'estos:

Bombes de fanc

Estes bombes són el cor del sistema de circulació. La seua funció principal és el de moure grans volums de fanc a baixes i altes pressions. Les més comunes són:

• Bombes dúplex: són bombes que duen dos cilindres, i són de doble acció, és dir desplacen fanc en dos sentits en la carrera d'anada i regrés. Este tipo de bomba queda definit per: diàmetro del refillol del pistón, diàmetro de la camisa i la llongitut de la camisa.

• Bombes tríplex: són bombes que duen tres cilindres, i són de simple acció, és dir desplacen el fanc en un sol sentit. Este tipo de bomba queda definit per diàmetro de la camisa i llongitut de la camisa.

Mànega rotatòria

És una mànega de goma reforçada, flexible i extremadament forta. La característica de flexibilitat permet baixar i elevar la canonada de perforació durant les operacions de perforació mentres el fanc (extremadament abrasivo) s'està bombejat a través i cap a baix de la canonada. Són per lo general de 7.62 mm o més de diàmetro interior per a que no es tinguen en elles caiguda de pressió apreciable i estan disponibles en llarcs majors a 75 peus.

Separador gas/fanc

Són les primeres unitats de l'equip de control de sòlits, és una unitat que separa i ventea o crema el gas del fanc que ix del pou i que pot haver segut contaminada durant la perforació. Els separadores de gas/fanc no té parts mòvils i el procés de separació es porta a terme per diferència de densitat entre els components a separar, compost per un cilindre que en el seu interior té vàries parets, en les quals a la seua tornada, el decorregut de perforació choca en elles, separant el gas que és menys dens i el decorregut que és més dens.

Zaranda vibratoria

Té com a funció primària separar la fracció més grossa de les retallades, partícules entre 74 (mesh 200 x 200) i 600 micrones (mesh 30 x 30). Es compon d'una o vàries malles separades que estan montades en una caixa vibratoria conectada a un motor elèctric, el qual a través de poleas o eixos, li imprimix la vibració necessària per a separar del decorregut de perforació els sòlits extrets o retallats del subsol.

Decorregut o fanc de perforació

És un decorregut dissenyat en propietats físiques, químiques i reológicas específiques per a cada aplicació en el procés de perforació, completación o rehabilitació de pous. La seua composició depén de les característiques físic-químiques de les capes a perforar: profunditat final, disponibilitat, costs, contaminació, etc. El decorregut pot ser a pur de aigua (dolça o salada), oli (diésel), mescles d'abdós (emulsions directes o inverses), gas, aire, o mescles d'aigua i gasos (bromera).

Sistema de potència

És el sistema encarregat de proveir energia a tots els equips del trepe de perforació rotatòria, aixina com a les instalacions i acomodació del personal. Permeten classificar els equips de perforació rotatòria segons el tipo de potència principal: mecànic, elèctric, hidràulic, neumàtic o a vapor.

Generació de potència

La forma més comuna de generació de potència en un equip de perforació rotatòria és l'us de motors de combustió interna. Estos motors són normalment alimentats per combustible diésel. El seu número depén del tamany de l'equip al que van a suminstrar la potència, típicament entre 1 i 8 motors, podent ser inclusivament més.

Transmissió de potència

La potència generada pels motors primaris es transmet als equips per a proporcionar-li moviment. Si el trepe és mecànic, la potència es transmet directament del motor primari a l'equip. Si el trepe és elèctric, la potència mecànica del motor es transforma en potència elèctrica en els generadors. Després, esta potència elèctrica es transmet a motors elèctrics acoplats als equips, conseguint el seu moviment.

La majoria dels equips en l'actualitat utilisen un sistema elèctric per a transmetre potència. Els Generadors produïxen l'electricitat que es transmet als equips principals usant cables elèctrics.

Els sistemes de transmissió mecànica estan casi en desús, encara que encara s'ampra en alguns equips vells. Consistix d'una série de correges, cadenes, poleas, piñones dentados i engranages que transmeten la potència directament dels motors de combustió interna als equips principals del trepe. Es denomina també Sistema de Transmissió Composta.

Sistema de seguritat

Conjunt de vàlvules BOP. En la part superior: impiderreventones anular. En la part inferior: impiderreventones d'ariets doble

També conegut com a sistema de control de pous, té com a funció principal bloquejar l'alvanç de qualsevol influix de decorreguts des de la formació cap al pou quan ocorre una arremesa (intrusió de decorreguts de la formació cap al pou).

El sistema deu estar dissenyat per a permetre (1) tancar el pou des de superfície, (2) controlar l'extracció dels decorreguts de formació que es troben dins del pou, (3) bombejar un fanc de major densitat al pou, i (4) insertar o traure del pou baix pressió la sarta de perforació.

Els components bàsics del sistema de control de pous són:

• Apany de vàlvules impiderreventones
• Cabezal del revestidor
• Llínees de fluix i estrangulación, i les seues conexions
• Llínees de matar i les seues conexions
• Facilitats de maneig de fanc i gas (separador)
• Acumuladors de pressió
• Sistema diverter
• Múltiple de estranguladores
• Tanc buffer
• Desgasificador (degasser)
• Equips de monitoreo

Apany de vàlvules impiderreventones

L'apany de vàlvules impiderreventones, també cridades "BOP" (de l'anglés blowout preventer) o "vàlvules BOP", comprén:

• Preventor anular (esfèric)
• Preventor d'ariets (rams)
• Carret de perforació
• Vàlvules BOP internes

Múltiple de estranguladores

És un apany de estranguladores, vàlvules i llínees que permeten l'extracció controlada dels decorreguts del pou. Està dissenyat de manera que el fluix pot ser desviat a través de qualsevol dels estranguladores disponibles.

Acumulador de pressió

És un sistema de tancs que permeten l'almagasenament d'alta pressió requerida en el sistema hidràulic per a obrir o tancar els impiderreventones anular o d'ariets. Els components principals d'una unitat acumuladora són el reservorio de decorregut, les bombes hidràuliques d'alta pressió, les botelles acumuladoras, canonades, múltiple, vàlvules i reguladors de pressió.