Universidad Autónoma del Carmen DES DE CIENCIAS QUÍMICA Y PETROLERA

Facultad de Ciencias Química y Petrolera

TEMA II “PRINCIPALES COMPONENTES DEL

EQUIPO DE PERFORACIÓN”

ELEMENTOS DE PERFORACIÓN

Objetivo: El alumno identificará el funcionamiento e interrelación de los sistemas que constituyen el equipo de perforación rotatorio.

1. Sistema de suministro de energía.2. Sistema de izaje.3. Sistema de circulación.4. Sistema rotatorio.5. Sistema de control.6. Sistema de medidor de parámetros de perforación.

Sistemas que componen el equipo de perforación

Es el corazón del equipo de perforación. La energía producida por esta planta se utiliza para el funcionamiento de los cinco sistemas restantes.

Además de proporcionar energía a sistemas complementarios como: bombas de agua, alumbrado, desarenadores, operación de preventores, etc.

Los equipos de perforación tienen altos requerimientos de potencia (energía), la cual es transmitida a algunas partes del equipo como: el malacate, las bombas, el sistema de rotación y algunos sistemas auxiliares.

El sistema de potencia en un equipo de perforación generalmente consiste de una fuente primaria de potencia (generador) y de algún medio para transmitir dicha potencia hasta el equipo que la utilizará. En la actualidad las fuentes primarias de potencia son motores diésel.

PLANTA MOTRIZ

• Maquinas de vapor

• Maquinas de combustión interna

• Maquinas eléctricas

FUENTES PRIMARIAS DE POTENCIA

• Sistema diésel mecánico (convencional.

• Sistema diésel eléctrico c.d./c.d.

• Sistema diésel eléctrico c.a./c.d.

SISTEMA DIÉSEL MECÁNICO (CONVENCIONAL)

Los equipos de perforación diésel mecánicos son aquellos en que la transmisión de energía, desde la toma de fuerza del motor diésel de combustión interna hasta la flecha de entrada de la maquinaria de perforación (malacate, bombas, etc.) se efectúa a través de convertidores de torsión, flechas, cadenas y transmisiones, cuya eficiencia mecánica promedio es del 65%.

MALACATE2,100 HP

M - 1

M -2

M -3

BBA - 1

BBA - 2

MOTOR

MOTOR

MOTOR

MOTOR

GCA

GCA

SERVICIOS

AUXILIARES

EFICIENCIA 65%

M1 M2 M3 M M

CD CD CD CA CA

CA

CD

CUARTO DE CONTROL

CD

S. AUX.

B1

B2

CDMALACATE

2,100 HP

SISTEMA DIÉSEL ELÉCTRICO C.D./C.D.

Estos sistemas usan generadores y motores de corriente directa con una eficiencia real en conjunto del 95%. En este sistema, la energía disponible se encuentra limitada por la razón de que sólo un generador c.d. se puede enlazar eléctricamente a un motor c.d. dando como resultado 1,600 HP disponibles por motor para impulsar el malacate.

M1 M2 M3

CA CA CA

T

CD

PANEL DE CONTROL P.C.R.

CD

S. AUX.

B1

B2

CDMALACATE

2,100 HP

SISTEMA DIÉSEL ELÉCTRICO C.A./C.D.

Estos sistemas están compuestos por generadores de c.a. y por rectificadores de corriente ( alterna a directa SCR). Estos sistemas obtienen una eficiencia del 98%, y cuya energía disponible se concentra en una barra común (PCR) y puede canalizarse parcial y totalmente a la maquinaria que la usará (rotaria, malacate y bombas). La ventaja de este sistema es tal que, en un momento dado y de acuerdo a las necesidades, toda la potencia concentrada en las barras podría dirigirse o impulsar al malacate teniendo una disponibilidad de potencia de 2,000 HP. Estos motores ofrecen una vida más larga y menor costo.

TRANSMISIÓN DE ENERGÍA

Los requerimientos de potencia mecánica en las fuentes primarias se determina:

HHPmotor = Carga

Econvert

La potencia primaria puede ser transmitida hacia el equipo que la utilizará por medio de los siguientes métodos:

• Transmisión mecánica.• Transmisión eléctrica

La transmisión mecánica transmite la energía desde los motores o generadores hasta el malacate, bombas y otros equipos, a través de un ensamble de distribución que consta de; embragues, uniones, poleas, flechas y cadenas.

La transmisión eléctrica suministra la energía mediante cables hasta un dispositivo de distribución y de éste a los motores eléctricos que están conectados directamente el equipo (malacate, bomba, etc.)

HPmalac =F x V

33,000HHPconv =

HHPmalac

E cad y flech

Donde: HHP = malacate en HP F = fuerza en lbs V = Velocidad en pie/seg

Los requerimientos de potencia son afectados por la altitud y la temperatura y así que:

• La potencia al freno de un motor se reduce el 3% por cada 300 por arriba del nivel del mar.

• Respecto a la temperatura se reduce el 1% por cada 10°F por arriba de una temperatura de 85°F, o bien, adicione el 1% por cada 10°F por debajo de 85°F.

Los convertidores de torsión están unidos a la flecha del motor con el objetivo de incrementar las revoluciones (r.p.m.) y suministrar una potencia de salida constante, la eficiencia de un convertidor esta en un rango de 0.75 a 0.85.

Eficiencia = 0.98 n donde n, es el número de flechas y cadenasE =

Potencia de salida – Potencia de entrada

Potencia de salida

El factor de eficiencia (E) describe las pérdidas de potencia que existen desde la fuente primaria hasta el motor y matemáticamente se representa:

3.- La potencia mínima se obtiene a la temperatura más alta. (110 – 85)(0.01/10) x 2400 = 60 HP 2,400 – 60 = 2,340 HP

4.- La potencia máxima se obtiene a la temperatura más baja.

(85 – 40)(0.01/10) x 2400 = 108 HP 2400 + 108 = 2,508 HP

Ejemplo:

Un equipo de perforación está trabajando en un desierto a una altitud de 2,000 m sobre el nivel del mar. La temperatura más baja es de 40°F (en la madrugada) y la más alta es de 110°F. El equipo tiene tres motores diésel cuya potencia nominal es de 1,000 H.P. cada uno. Determinar los HP mínimos y máximos disponibles durante las 24 horas.

Solución:

1.- H.P. nominal = 3 x 1000 = 3,000 HP

2.- Pérdida de potencia por altitud = (2000 x 3000 x 0.03) / 300 = 600 HP 3000 – 600 = 2400 HP

Ejemplo:

En un equipo diésel mecánico se requiere levantar una carga de 500,000 lb a una velocidad de 90 pies/seg, calcular la mínima potencia aceptable para los motores. Se asumirá una eficiencia para el convertidor del 75% y para las cadenas y flechas del 98%.

Motores1448

2538

36511

FlechasCadenasTotal

Motor Convertidor Malacate

1.- Potencia del malacate = (F x V) / 33000 = (500000 x 90) / 33000 = 1,363 HP

2.- Determinar la eficiencia promedio de los tres motores:

E = [ (0.98)n + (0.98)n + (0.98)n ] / 3 donde n es el número de cadenas y flechas por motor

E = [ (0.98)8 + (0.98)8 + (0.98)11 ] / 3 = 0.83

3.- El requerimiento de potencia en los convertidores es (RPC):

RPC = Pm / E = 1,363 / 0.83 = 1,642 HP

4.- El requerimiento mínimo de potencia en los motores es:

RPM = RPC / Ec = 1,642 / 0.75 = 2,190 HP