SARTA DE PERFORACIÓN Y BROCA - I

Brocas de arrastre

Estas tienen cuchillas endurecidas, en vez de cortadores distribuidos, las cuales hacen parte integral de la broca y rotan solidamente con esta y con la sarta. Tienen la tendencia a producir un alto torque y también a perforar huecos con muy altas desviaciones. La penetración se consigue por raspado usando poco peso en la broca (Weight On Bit, WOB) y alta velocidad de rotación (RPM). Realmente con este tipo de broca sólo se pueden perforar formaciones blandas e inconsolidadas, pues no tienen la dureza ni la resistencia al desgaste necesarias para las formaciones consolidadas. 

Brocas Tricónicas 

Al comienzo había brocas de dos conos sin interferencia, y por lo tanto tenían la tendencia a empacarse (cuando los cortes de perforación se amalgaman y endurecen alrededor de la broca) en formaciones blandas. Estas fueron sucedidas por las brocas tricónicas, el tipo de broca más común actualmente usada. Están tienen 3 conos los cuales se van interfiriendo luego limpiando entre sí, con filas de cortadores en cada cono. Los conos son principalmente de dos tipos: o bien dientes tallados o de insertos de carburo de tungsteno (Tungsten Carbide Inserts, TCI) y pueden ser de varios tamaños y durezas de acuerdo a las litologías previstas. Una gran cantidad de calor se genera por la fricción durante la perforación y este calor debe ser disipado. El enfriamiento y la lubricación son funciones del fluido de perforación. Este sale por las boquillas o jets que tiene la broca. Cada boquilla esta posicionada encima de cada cono, son reemplazables y pueden ser instaladas en varios tamaños, siendo mayor la velocidad del lodo por la boquilla a medida que esta es más pequeña. Los tamaños de las boquillas se expresan bien en milímetros o en treintaidosavos de pulgada. Si no se instala una boquilla, se conoce como “boquilla abierta”, por ejemplo de 32 treintaidosavos, para el caso de brocas de 8½ “). Las brocas tricónicas están clasificadas dentro del sistema desarrollado por la IADC (International Association of Drilling Contractors):

Equipo de Control de Sólidos - IV

Una medida adicional que puede ser requerida para preparar el lodo para la circulación es llevada a cabo por el degasser, el cual separa y ventila al lodo de grandes volúmenes de gas y los conduce a una línea especial donde ser quemados. Recircular un lodo con gas disuelto puede ser peligroso y reducirá la eficiencia de la bomba y disminuirá la presión hidrostática necesaria para balancear la presión de formación. Un separador lodo-gas maneja gas a alta presión y flujo con seguridad cuando ocurre una patada de pozo. Un desgasificador de vacío es más apropiado para separar gas disuelto en el lodo, el cual puede manifestarse mostrando espuma al aparecer en superficie. La mayoría de los taladros tiene dos bombas para circular el lodo a presión por el sistema. Los taladros más pequeños, que taladran pozos menos profundos pueden necesitar sólo una. Las bombas de perforación pueden ser de dos tipos: 

Bombas Dúplex 

Estas tienen dos cilindros o cámaras, cada una de las cuales descarga lodo a presión alternativamente por ambos lados del movimiento del pistón. Cuando se descarga en un sentido se llena de lodo la cámara vacía al otro lado del pistón. Cuando el pistón regresa, descarga de este lado recién llenado mientras va llenando el otro. 

Bombas Triplex 

Tienen tres cilindros, pero a diferencia de las bombas dúplex, el lodo se descarga sólo por un lado en la carrera hacia delante. En cada cilindro el lodo se descarga por el movimiento de empuje del pistón dejando el espacio tras el pistón vacío. Cuando el pistón va regresando se vuelve a llenar de lodo la única cámara que será vaciada al moverse el pistón nuevamente hacia delante.

Equipo de Control de Sólidos - III

Se pueden utilizar centrífugas adicionales con el fin de remover grandes cantidades de arcilla suspendidas en el lodo. Una vez que el lodo está limpio, se le puede regresar a los tanques para ser recirculado. Una Centrífuga consiste en un tambor cónico de alta velocidad y un sistema de tornillo que se lleva a las partículas más grandes dentro del tambor a la compuerta de descarga. Se usa cuando la densidad del lodo debe ser reducida significativamente, en vez de añadir líquido e incrementar el volumen. 

Las centrífugas también pueden ser utilizadas para remover partículas del vidrio o plástico que haya sido usado para mejorar la lubricación o reducir la densidad en aplicaciones bajo balance. Este ‘control de sólidos’ realizado por el equipo de superficie es un aspecto muy importante en el mantenimiento del lodo. 

Los granos finos serán muy abrasivos y dañinos para equipo como las bombas de lodo, sarta de perforación, la broca, etcétera. También es importante para controlar la densidad del lodo; pues si se permite a los sólidos acumularse, se tendrá como resultado un aumento en la densidad del lodo.

Equipo de Control de Sólidos - II

Siendo los asuntos ambientales materia de cada vez mayor importancia, los cortes separados en la zaranda son recogidos en tanques y así pueden ser transportados fácilmente a lugares donde puedan ser limpiados totalmente de lodo y químicos residuales depositados. Regularmente se instala aún más equipo de control de sólidos en el sistema antes de que el lodo llegue a las piscinas. Si el lodo es particularmente gaseoso, puede ser pasado por un degasser el cual consiste en un gran tanque con un agitador que forza la separación del gas del lodo.

Si dichas partículas no se han decantado cuando ya han pasado la trampa de arena, necesariamente habrán de pasar por el resto del equipo de control de sólidos, antes de regresar a los tanques de lodo.

El desarenador, cuando se usa en conjunto con la zaranda, remueve gran parte de los sólidos abrasivos, reduciendo así el desgaste en las bombas de lodo, equipo de superficie, sarta de perforación y broca. También usado en conjunto con la zaranda y el desarenador está el desilter, el cual remueve material aún mas fino del lodo.

Los desarenadores y los desilters separan los sólidos del lodo en un hidrociclón, un separador en forma de cono dentro del cual el fluido se separa de las partículas sólidas por la fuerza centrífuga. El lodo fluye hacia arriba en movimiento helicoidal a través de cámaras cónicas, donde las partículas sólidas son lanzadas fuera del lodo, al mismo tiempo, baja agua adicional por las paredes del cono llevándose las partículas sólidas que se han movido hacia la pared del cono.

Equipo de Control de Sólidos - I

El control de sólidos es vital para mantener una operación eficiente de perforación. Altos valores de sólidos incrementarán la densidad y la viscosidad, lo cual llevará a mayores costos de tratamiento químico, mala hidráulica, y altas presiones de bombeo. Con los sólidos altos, el lodo se torna muy abrasivo e incrementa el desgaste en la sarta de bombeo, en el pozo y en el equipo de superficie. Se irá haciendo más difícil remover los sólidos de un lodo a medida que aumente su contenido de sólidos. 

El lodo que va llegando a superficie al salir del pozo contiene cortes de perforación, arena y otros sólidos, y probablemente gas, todos los cuales deben ser removidos para que el lodo pueda ser inyectado de nuevo dentro del pozo. Continuamente deben agregarse arcillas para el tratamiento del lodo además de productos químicos para mantener las propiedades físicas y químicas que se requieren. Para todas estas tareas se requiere equipo especializado. Cuando sale del pozo, el lodo es retirado en la ‘campana’ que está sobre las BOPs al seguir su camino por el flow line al depósito de la zaranda (llamado también possum belly). Aquí en este punto es donde el mudlogger ha de instalar una trampa de gas y otros sensores para monitorear y analizar el lodo que viene del pozo.

Hay unas compuertas que regulan el nivel del lodo llegando en la zaranda. Aquí habrá mallas inclinadas vibrando (normalmente 2), con el fin de separa los cortes del lodo, el cual podrá pasar por las mallas hacia la trampa de arena en la piscina de la zaranda. El lodo de aquí puede ser regresado al sistema de piscinas donde el ciclo de circulación puede empezar otra vez. Las mallas pueden ser cambiadas en forma que su calibre sea apropiado para el tamaño de los cortes que sea necesario retirar. Normalmente la malla con el calibre mayor se instala en la parte superior y la que es de calibre más fino en la parte inferior. El movimiento vibratorio de las mallas mejora la separación del lodo de los cortes. Aquí se recolectan las muestras para el análisis geológico.

EL SISTEMA DE CIRCULACIÓN - III

El número necesario de piscinas dependerá del tamaño y profundidad del pozo, luego del tamaño de volumen de lodo necesario para llenar dicho pozo. Normalmente se usan de 4 a 6 piscinas pero en pozos más grandes el número puede llegar a ser de 16 o más. Desde los tanques de almacenamiento el lodo es bombeado a través del standpipe, el cual está fijo a una de las columnas de la torre, y sigue el lodo por la manguera de la kelly a través del tubo en cuello de ganso. Por la manguera de la Kelly, el lodo pasa a través de otro tubo en cuello de ganso a través de la swivel o del Top Drive donde entra a la sarta de perforación; de la cual sale a través de las boquillas, regresando a superficie por entre el espacio anular entre la sarta de perforación y la pared del pozo(o la pared interna del revestimiento) En caso de pozos costa-afuera, un tubo más ha sido instalado para permitir al lodo circular desde el fondo del mar hasta el taladro. Este tubo es o un conductor o bien un Riser. 

Conductor 

Un tramo de tubería llevado hasta el fondo del mar, con las BOP instaladas en el taladro sobre gatos o plataformas. 

Riser 

Un tramo de tubería desde las BOP sobre el lecho marino hasta el taladro, el cual puede ser semisumergible o un buque de perforación. El riser incorpora una junta telescópica que permite que la altura del taladro se vaya ajustando a la altura de la marea y de las olas.

EL SISTEMA DE CIRCULACIÓN - II

Preparar un lodo de perforación es casi como cocinar, con varios ingredientes o aditivos en el sistema cada uno con su función particular que cumplir. El lodo es hecho y almacenado en piscinas o tanques, los cuales tienen diferentes nombres dependiendo de su función específica. Generalmente llevan los siguientes nombres: 

Tanque de Premezcla: Donde se adicionan y mezclan los productos químicos que han de entrar al sistema. 

Piscina de Succión: De donde las bombas toman el lodo para comenzar su viaje dentro de la tubería de perforación. Esta es la piscina ‘activa’ por excelencia, conectada directamente al pozo. Piscinas de 

Reserva: Los que contienen volumen adicional de lodo, en general no hacen parte del sistema ‘activo’. 

Piscina de la Zaranda: Esta piscina está situada inmediatamente debajo de la Zaranda. Lleva integrada la trampa de arena cuyo propósito es permitir al material más fino (Arenas y limos) decantarse del lodo para poder ser más fácilmente removido. 

Tanque de Viaje: Un tanque más pequeño, usado para monitorear pequeños desplazamientos de lodo. Por ejemplo viajes de tubería y el monitoreo de un patada de pozo. 

Tanque de Píldora: Este tanque es utilizado para preparar pequeños volúmenes de lodo que puedan ser requeridos para operaciones dadas durante la perforación.