OBJETIVOS General
Simular el sistema de circulación del fluido de perforación.
Específicos
Elaborar un prototipo donde se explique de manera visual el funcionamiento
del ciclo del fluido de perforación en el sistema de circulación. Adqu Adquir irir ir cono conoci cimi mien ento toss acer acerca ca de las las etap etapas as que que pasa pasa el flui fluido do de perforación para su buen funcionamiento en la perforación.
SISTEMA DE CIRCULACIÓN DEL LODO DE ER!ORACIÓN
La principal función del sistema de circulación es de hacer circular el fluido de perforación hacia el interior y fuera del pozo con el propósito de remover los recortes de roca del fondo del pozo a medida que se perfora, además de proveer un medio para controlar el pozo y las presiones de formación mediante el fluido de perforación. Los fluidos de perforación o lodo se lo asocian con la perforación rotaria, ya que no se puede concebir la perforación de un pozo por rotación si no interviene un fluido. El fluido de perforación lodo! es una mezcla de a"ua y unos a"entes qu#micos aditivos!, a veces se utiliza di$sel en vez de a"ua o se a%ade un poco de di$sel al a"ua para darle ciertas propiedades al lodo.
El lodo de perforación se utiliza para mantener la presión de formación ba&o control y para transportar los recortes
de
perforación
hasta
la
superficie para que los mismos sean eliminados con los equipos de control de sólidos.
!i"#ra$ Sistema de circulación !#en%e$ 'ro"rama de Entrenamiento de Schlumber"er
La circulación del lodo empieza en el tanque de succión. La bomba succiona al lodo del tanque y lo desplaza hacia la l#nea del manifold hasta la tuber#a vertical que está conectada a la cabeza de inyección, el lodo entra por la cabeza de inyección, ba&a por el cuadrante o (elly, tuber#a de perforación, porta mechas, estabilizadores y sale por las boquillas del trepano para retornar a la superficie por el espacio anular, finalmente el lodo sale a la superficie, a trav$s de la l#nea de descar"a y cae sobre un tamiz vibratorio llamado zaranda, esta zaranda separa los recortes más "randes y los deposita en la fosa y el lodo pasa a los tanques de control de sólidos para lue"o finalmente lle"ar a los tanques de succión porque el lodo ya está en condiciones de ser nuevamente bombeado al pozo. El sistema de circulación esencialmente es un sistema cerrado donde el mismo lodo circula una y otra vez durante la perforación ciclo de perforación!. Al fluido de perforación de vez en cuando se le a%ade a"ua, bentonita, baritina y otros a"entes que con la finalidad de reemplazar lodo perdido o para a&ustar las propiedades del lodo a las necesidades de las formaciones que están siendo perforadas. El sistema de circulación está formado por una serie de equipos y accesorios que permiten el movimiento continuo del e&e principal de la perforación como lo es el fluido de perforación.
EL SISTEMA DE CIRCULACION SE DIVIDE EN LAS SIGUIENTES ARTES !UNDAMENTALES$ A)EA *E ')E'A)A+- *EL /L0*- *E 'E)/-)A+- Esta área se encuentra al principio del sistema de circulación. En esta área es donde los fluidos son inicialmente preparados, mantenidos, o posteriormente alterado, dependiendo de las condiciones existentes en el pozo. Las alteraciones son necesarias para mantener la estabilidad del pozo, para proveer al fluido la capacidad de tolerar fluidos de densidad y pesos mayores, 'roveer la protección a las zonas productoras.
La preparación y mantenimiento de los fluidos de perforación es absolutamente necesario para cualquier operación exitosa. Existen cuatro pasos esenciales para la preparación de los fluidos. Estos son1 • • • •
'reparación inicial. ncremento de la densidad del fluido )educción de la densidad. +ambio qu#mico de fluido.
El área de preparación de los fluidos de perforación está compuesto de un monta&e de equipo especializado, que esta cuidadosamente instalado para fácil preparación y tratamiento de los fluidos. El área "eneralmente incluye1 *E'-S2- *E 3A2E)AL Es una caba%a o cobertizo cerrado y elevado que se encuentra localizada cerca de los ca&ones de lodo y los contenedores de almacenamiento "eneral. El depósito de material contiene sacos apilados de aditivos que son almacenados hasta el momento en que son necesitados en el pro"rama de tratamiento de lodo. El cobertizo esta usualmente a la misma altura del tope de los ca&ones de lodo, esto hace que la descar"a de los camiones sea mucho más fácil, manteniendo los aditivos secos a cierta altura y facilitando el tratamiento efectivo.
+A4-ES *E L-*Los ca&ones de lodo son contenedores "randes de forma rectan"ular usados para contener y controlar el fluido de perforación cuando este se encuentra fuera del pozo perforado. Los ca&ones de lodo son llamados ca&ones de a"itación o tanques de almacena&e cuando están en el área de acondicionamiento. Los ca&ones de lodo del área de preparación son llamados de reserva o de succión. Son usados debido a que pueden ser rápidamente instalados, fácilmente mantenidos y tienen un volumen conocido que facilita el tratamiento. 2-L5A 3E6+LA*-)A Es un art#culo o dispositivo en forma de embudo usado en la adición de materiales sólidos durante el tratamiento del fluido de perforación en los ca&ones de lodo. La tolva traba&a con un principio de vac#o. Esta tolva mezcladora puede mane&ar de 7 a 89 sacos de más de :99 lb. *e material por minuto.
2A;0E 3E6+LA*-) *E ;03+-S Es un dispositivo utilizado para a"re"ar los qu#micos del fluido de perforación. Este dispositivo en forma de barril está montado encima del ca&ón de lodo. Es un dispositivo utilizado para a"re"ar los fluidos de perforación. Es preferible a"re"ar al"unas sustancias qu#micas lenta y continuamente al sistema en caso que sea dif#cil hacerlo con la tolva, tales substancias qu#micas se mezclan de antemano con a"ua en un tanque mezclador de qu#micos y lue"o se lo de&a "otear dentro del sistema activo de lodo.
2A;0E *E A<0A +ontenedor para el almacenamiento de a"ua en forma de barril esta al lado del ca&ón de lodo. El a"ua puede ser suministrada desde varias fuentes1 de los pozos de a"ua, la"os y r#os, en al"unos casos es necesario traer a"ua de un lu"ar ale&ado. /-SA *E )ESE)5A Es una pileta "rande hecha de arena situada le&os del arre"lo. Es usada para almacenar los recortes residuales procedentes del pozo y a veces los excesos de lodo para emer"encia. la fosa tambi$n se utiliza para desechar al"unos fluidos que puedan ser producidos durante al"una prueba de formación. La fosa frecuentemente está dividida en dos partes1 El =slush pit> pileta de inyección! donde se encuentran los recortes de roca, material indeseado, etc. El =duc( nest> donde se almacena el exceso de lodo para emer"encias. En "eneral, la fosa se utiliza para evitar la contaminación de terrenos circundantes al pozo por medio de fluidos contaminantes utilizados en el pozo.
E;0'- *E +)+0LA+- Es uno de los mayores componentes en el sistema. El equipo mueve f#sicamente el lodo. El lodo es movido desde el área de preparación, ba&a por el vásta"o y sube por el espacio anular, lue"o es limpiado en el área de acondicionamiento y es transportado nuevamente a los ca&ones de lodo para recirculación.
El equipo de circulación está compuesto de equipo severamente especializado. Estos componentes son1 • • • •
?ombas de lodo. ?omba de descar"a y L#nea de retorno 2uber#a vertical 3an"uera de inyección Estos componentes están conectados al sistema de perforación a trav$s de la unión
"iratoria y proveen del instrumento al sistema de rotación p ara que el lodo circule. ?-3?AS *E L-*Estas bombas son el corazón del sistema de circulación. Su función principal es el de mover "randes vol@menes de lodo a ba&as y a altas presiones, funcionan con ener"#a mecánica o ener"#a del equipo de perforación. Además deben proveer suficiente potencia para superar la fuerza de fricción y e&ercer la fuerza en el trepano. Las bombas de lodo movilizan el lodo desde la pileta de succión hasta el fondo del pozo y lue"o de vuelta hasta la l#nea de descar"a. Existen dos tipos básicos de bombas1 8.
*uplex doble acción!
.
2riplex simple acción!
?-3?AS *0'LEB Son de doble acción se caracterizan por que llevan dos pistones y desplazan al lodo en dos sentidos o sea el movimiento del fluido se lleva a cabo en ambos lados del pistón de la bomba. A medida que el fluido es succionado en un lado es descar"ado al otro lado.
Están definidas por el diámetro del vásta"o, lon"itud y diámetro de la camisa. La lon"itud de la camisa equivale a la lon"itud de la embolada y el diámetro de la camisa equivale al diámetro del pistón. Las bombas duplex son "eneralmente de doble efecto, pues los dos cilindros descar"an tanto en el movimiento hacia delante de los pistones como en el movimiento hacia atrás. ?-3?AS 2)'LEB Son de triple acción y se caracterizan por que llevan tres pistones y desplazan el lodo en un solo sentido o sea que el movimiento del fluido se lleva a cabo en un solo lado del pistón de la bomba. Estas bombas proporcionan altas presiones a precio más barato 9 a 79C menos! tambi$n son más livianas, lo que hace más fácil su transportación. Este tipo de bomba esta definido por la lon"itud y el diámetro de la camisa. Las bombas triplex son "eneralmente de efecto @nico, ya que los tres cilindros descar"an solamente en el movimiento del pistón hacia delante.
LEAS *E *ES+A)
Gr&fico$ ?omba 2riplex !#en%e$ 'ro"rama de Entrenamiento Acelerado para Supervisores de Schlumber"er
20?E)A 5E)2+AL. Es una tuber#a de acero que se encuentra parada al lado del mástil o torre de perforación, y esta conecta al lodo entre las l#neas de descar"a y la man"uera de inyección. La man"uera de inyección descar"a en el cuello de cisne que se a&usta en la parte final y más alta de esta tuber#a vertical y transporta al lodo a la unión "iratoria donde es forzado a ba&ar por el vásta"o. Esta tuber#a vertical permite que la unión "iratoria y la man"uera de inyección se muevan verticalmente hacia arriba o hacia aba&o se"@n sea necesario.
3A<0E)A *E GE++- Es una man"uera de "oma reforzada, flexible y extremadamente fuerte que conecta la tuber#a vertical con la unión "iratoria. Es flexible porque permite a la unión "iratoria moverse libremente en un sentido vertical. *ebe ser tambi$n extremadamente durable, ya que esta su&eta aun traba&o f#sico severo, transportando
fluido de perforación
extremadamente abrasivo ba&o presión. La
caracter#stica de flexibilidad permite ba&ar y elevar la tuber#a de perforación durante las operaciones de perforación. Las man"ueras de inyección son por lo "eneral de H.Fmm o mas de diámetro interior para que no se ten"an en ella ca#da de presión apreciable, y están disponibles en lar"os mayores de H7 pies. +0ELL- *E
Separador de Esquistos 6aranda vibratoria! 3aquinas +entrifu"as *es"asificador *esarenador *esarcillador Separador de "asDl#quidos del lodo Iidrociclones Limpiador de lodo
La función primaria de esta área es remover los recortes indeseables y cualquier "as que haya in"resado al lodo.
Existen dos m$todos básicos para remover los recortes y "ases1 el primero utiliza la "ravedad para evadir los fluidos a trav$s de la zaranda a la fosa del lodo, el se"undo es mecánico donde los equipos especializados de remoción, montados en las partes superiores de los ca&ones de lodo mueven los recortes indeseables y los "ases. Las venta&as de la eliminación de los sólidos del lodo son1 a!
3enor des"aste de los elementos que entran en contacto con el lodo1 +amisas,
pistones, y válvulas de las bombas de perforación, bombas centrifu"asJ man"ueras, protectores de "oma de las barras, etc. b!
ncrementa la vida @til del trepano me&or lubricación y refri"eración!.
c!
+ostos menores en el tratamiento de lodo.
6A)A*A 5?)A2-)A La zaranda vibratoria es usualmente montada al final del primer tanque de lodo, su función primaria es eliminar la fracción más "ruesa de los recortes con la finalidad de optimizar el uso de los restantes equipos de co ntrol de sólidos. 0na zaranda se compone de una o varias mallas separadoras que están montadas sobre una ca&a vibradora que es movida por un motor el$ctrico, el cual a trav$s de poleas y un e&e exc$ntricozarandas convencionales! le imprime la vibración necesaria para el proceso de separación de una parte fluida y de los recortes de formación. En el caso de zarandas de alta vibración esta es dada por dos motores en "iros opuestos.
Se"@n -veroc( la capacidad de procesamiento de una zaranda caudal que la zaranda puede procesar sin votar lodo! depende de una serie de factores que van desde la fabricación de la misma, tipo de zaranda, mallas utilizadas, inclinación de las mallas!,
formación perforada arenas, arcillas, etc.!, el tipo de lodo usado, del caudal de circulación y de velocidad de penetración.
!i"#ra$ Separador de esquistos !#en%e$ +E2)/0
Las centrifu"as de decantación, están compuestas de dos conos, uno externo que "ira a ba&a velocidad y el otro que "ira a muy alta velocidad de revolución.
Las centrifu"as rotan el lodo a altas velocidades separando part#culas de acuerdo a su peso, estas unidades pueden extraer part#culas de hasta micrones. 2iene una capacidad máxima de 9 K7 rpm y puede ser utilizado con lodo de peso mayor de 8K lbM"al.
!i"#ra$ 3aquina +entrifu"a !#en%e$
*ES
)educen la densidad del fluido de perforación.
b!
)educen la eficiencia de la bomba.
c!
*ecrecen la presión hidrostática del fluido de perforación.
d!
ncrementa el volumen de fluido
!i"#ra$ *es"asificador !#en%e$ I*)-++L-ES Los hidrociclones son recipientes de forma cónica en los cuales la ener"#a de presión es transformada en fuerza centr#fu"a. El lodo se alimenta por medio de una bomba centrifu"a, a trav$s de una entrada que la env#a tan"encialmente en la cámara de alimentación. 0na corta tuber#a llamada tubo de vórtice vortex finder! se extiende hacia aba&o en el cuerpo del cono y fuerza a la corriente en forma de remolino a diri"irse hacia aba&o en dirección al v$rtice, es decir hacia el extremo del"ado del cono. Los hidrociclones están dise%ados parta separar sólidos de diferentes tama%os, de acuerdo al principio de asentamiento de part#culas. El principio básico del funcionamiento consiste en hacer pasar tan"encialmente el lodo por la parte superior del cono o ciclón,
dando ori"en a una rotación similar a un torbellino que, a la vez, crea una fuerza centr#fu"a que hace que las part#culas se concentren hacia la pared del cono. Las part#culas de mayor tama%o y densidad se precipitan hacia aba&o y son eliminadas al lle"ar al fondo del cono. El resto del lodo rebosa por arriba y sale por la abertura sobre el v$rtice. Los hidrociclones tienen diferentes diámetros, El de F pul"adas elimina la mitad de las part#culas de K9 a K7 micrones, el de pul"adas descarta el 79C de las part#culas de 87 a 9 micrones y el de pul"adas elimina la mitad de las part#culas de 7 a 89 micrones. Los hidrociclones operan eficientemente cuando la descar"a es en forma de roció intermitente. 'or el contrario, cuando es en forma de chorro continuo, indica que no se están eliminando los sólidos indeseables y que además se está botando el lodo. En este caso se debe a&ustar la presión de operación y la abertura en el fondo del cono. +uando los conos descar"an muy poco están tapados, es necesario destaparlos con la ayuda de una varilla.
!i"#ra$ Iidrociclon !#en%e$
*ESA)EA*-) *ESA*E)! El desarenador consiste de un numero de conos superpuestos cil#ndricos estos remueven peque%as part#culas sólidas que pasaron por las mallas de la zaranda vibratoria. El fluido es forzado a pasar por el cilindro ba&o presión con las part#culas, despu$s es removido y descar"ado por las fuerzas centrifu"as. La posición correcta de estas unidades es colocarlas despu$s de la zaranda y su función principal es eliminar las arenas.
!i"#ra$ *esarenador !#en%e$ *ESA)+LLA*-) *ESL2E)! El desarcillador es similar al desarenador en operación y función excepto que el desarcillador puede remover muy diminutas part#culas de la formación que var#an desde 89 a K9 micrones dependiendo del tama%o del cono. Su uso es efectivo tanto del desarenador como el desarcillador, porque esto reduce si"nificativamente el des"aste de la bomba de lodo. El desarcillador está dise%ado para remover los sólidos que no han sido descartados por el desarenador part#culas mayores de F9 micrones!. Los conos son por lo "eneral de pul"adas de diámetro y cada uno procesa más o menos 79 "alMmin. A una presión de 9 a 79 psi.
!i"#ra$ *esarcillador !#en%e$
SE'A)A*-) *E
Eliminar las "randes cantidades de "as que vienen &unto al fluido de perforación
b!
)escatar al"o de fluido de perforación para pasarlo al des"asificador
c!
+onducir cualquier "as inflamable yMo venenoso hasta una distancia se"ura del
arre"lo.
!i"#ra$ Separador de
!i"#ra$ 3ud +leaner !#en%e$
