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C U R SO Sistema Perforación Aire Reverso
RECURSOS HUMANOS JUNIO 2005
Geotec e-learning Curso Sistema de Perforación Aire Reverso
INDICE: CURSO SISTEMA PERFORACION AIRE REVERSO Modulo 1.-
Operación aire reverso
3
Capítulo 1.Capítulo 2.Capítulo 3.Capítulo 4.-
Introducción Conceptos y definiciones Test de perforabilidad Características de los equipos de aire reverso
3 4 9 17
Modulo 2.-
Secuencia de operación aire reverso
25
Capítulo 1.Capítulo 2.-
Diagrama de flujo – manual de procedimientos PGI 7511 Secuencia de operación
25 41
Modulo 3.-
Operaciones asociadas
51
Capítulo 1.Capítulo 2.-
Muestreo. Ciclón, cuarteador Determinación del peso del cutting por metro de sondaje. Recuperación
51
Modulo 4.-
Parámetros operacionales
58
Capítulo 1.Capítulo 2.Capítulo 3.-
Selección de la herramienta de perforación Determinación compresor de aire Desgaste y evaluación de triconos. Imágenes
58 61 66
Modulo 5.-
Glosario
85
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Modulo 1
Operación aire reverso
Capítulo 1
Introducción
La necesidad de establecer técnicas para la construcción de pozos es fundamental para el desarrollo humano, considerando los beneficios que se consiguen mediante este tipo de técnicas. Por ejemplo, el agua subterránea, en muchos lugares del planeta es la principal fuente que existe para el abastecimiento de este vital recurso. Por esta razón las diversas técnicas de perforación de pozos han sido seguramente una de las actividades de mayor trascendencia para que muchos pueblos, ciudades o países puedan desarrollarse adecuadamente con el recurso de agua que necesiten. Otras aplicaciones sin duda son, la exploración minera y extracción de recursos no renovables como el petróleo y el gas natural.
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Las diferencias entre los diversos métodos utilizados para la construcción de pozos profundos, tiene que ver principalmente con el sistema de perforación que se utilice, radicando esta decisión en las siguientes variables: •
El tipo de terreno a perforar
•
Del plazo disponible
•
Las especificaciones técnicas
Capítulo 2 Conceptos y definiciones Para aclarar conceptos, previamente se describirá la perforación por rotación directa. Esta consiste en perforar un pozo, mediante la acción rotatoria de un tricono, removiendo los fragmentos de material perforado, llamados cutting, con un fluido o lodo que circula continuamente.
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Perforación por rotación directa La rotación directa y rotación inversa, difieren esencialmente en el sentido de circulación del lodo inyectado. El método rotación inversa, utiliza triconos y martillos de fondo; sistema Rotary y DTH (Down the Hole) La rotación directa consiste en perforar
un
pozo
mediante
la
acción rotatoria de un tricono, removiendo material
los
fragmentos
perforado,
de
llamados
cutting con un fluido o lodo que circula continuamente.
Este fluido puede ser lodo (agua) o principalmente aire comprimido que se inyecta a medida que el tricono penetra en los materiales de la formación geológica. El tricono va en el extremo inferior de la sarta de tuberías o barras de perforación. Convencionalmente, el fluido o lodo de perforación es bombeado desde la superficie por
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una bomba de lodos hacia el fondo de la perforación a través de la tubería. Al llegar al fondo, es expulsado por las boquillas o nozzles que posee el tricono. El lodo, fluye verticalmente por el espacio anular alrededor de la tubería a medida que se inyecta fluido al pozo, ascendiendo a la superficie y arrastrando el material perforado, para luego ser conducido hasta un foso de sedimentación y de ahí a otro de reserva, donde es succionado por la bomba e inyectado al fondo del pozo nuevamente. Los sólidos removidos por la perforación son decantados o colados mediante embudos de malla. La resistencia al colapso del pozo se obtiene mediante la presión hidrostática del fluido de perforación dirigida radialmente hacia afuera.
Perforación con circulación inversa Este método se implementa invirtiendo la circulación del flujo de perforación, a diferencia del método rotatorio convencional. En este caso el fluido de perforación con su carga de fragmentos y/o cutting, se desliza hacia arriba por dentro de la tubería de perforación y es descargado por la bomba al foso de sedimentación. Así el fluido retorna al pozo por flujo gravitacional a través del espacio anular que rodea la tubería, hasta alcanzar el fondo del pozo y atrapar nuevamente cutting que vuelven a entrar a la tubería de perforación.
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Más que un lodo de perforación, el fluido de perforación puede definirse como una agua lodosa que rara vez se le agregan aditivos para aumentar la viscosidad.
Perforadora de circulación inversa marca Tamrock-drilltech modelo
Para prevenir la socavación del pozo, el nivel del fluido se mantiene a nivel del suelo en todo momento; la presión hidrostática más la inercia de la porción que se desplaza hacia abajo mantienen la estabilidad de la pared y la erosión no constituye problema porque la velocidad del fluido es baja en el espacio anular. El foso de sedimentación deberá tener por lo menos un volumen de tres veces el de la perforación.
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El caudal de agua utilizado de circulación comúnmente es de 1.900 litros por minuto. Se utiliza una bomba centrífuga que no atasque las cortaduras, con aberturas de impulsores grandes. También hay bombas que tienen eyectores que evitan que los fragmentos pasen a través de la bomba misma. Las condiciones favorables de este método son tales como: •
Presencia de formaciones de limo, arena o arcilla suave,
•
Ausencia de arcilla o cantos rodados
•
Nivel de agua a unos 3 metros o más de profundidad.
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Capítulo 3
Test de Perforabilidad
El Test de Perforabilidad busca definir los valores combinados de las RPM y el Peso sobre el tricono o corona (WOB) que maximicen la Razón de Penetración (ROP = Rate on Penetration)
Rpm y peso sobre el Bit La velocidad de rotación y el peso sobre el bit (tricono o corona) debe aumentarse cuidadosamente previniendo el desgaste prematuro del bit y la desviación no esperada del pozo. La optimización usualmente requiere cambios inversamente proporcionales entre estas dos variables; esto significa que mientras una aumenta, la otra disminuye. " Esta combinación o calibración es una Constante "
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De manera de comprender adecuadamente este concepto, se muestra a continuación una tabla con los pesos y velocidades para diferentes diámetros de bit en formaciones geológicas de dureza mediana y suave. Pesos y velocidades de rotación para triconos en formaciones suaves y medias. Recommended Weight and Speed for Typical Insert BIT in Medium Soft Formations Formation
BIT
High Speed / Low Weight
Low Speed / High Weight
Diameter (inches)
Rotary
Weight on
Rotary
Weight on
Speed
Bit
Speed
Bit
(rpm)
(1000 lb)
(rpm)
(1000 lb)
61/4 - 61/2
70
15-16
55
20-21
77/8
70
23
55
32
83/8 – 83/4
70
27-28
55
34-36
91/2 – 97/8
70
30-32
55
39-40
11
70
33
55
44
121/4
70
34
55
44
61/4 – 61/2
65
20 – 21
45
27 –28
77/8
65
31
45
39
83/8 – 83/4
65
34 –35
45
42 – 44
91/2 – 97/8
65
38 – 40
45
48 – 49
11
65
43
45
50
121/4
65
47
45
53
61/4 – 61/2
55
20 – 21
40
25 –26
77/8
55
31
40
35
Limestones, and
83/8 – 83/4
55
34 – 35
40
39 – 40
sands
91/2 – 97/8
55
38 – 40
40
44 – 45
11
55
43
40
50
121/4
55
47
40
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Shale (Esquistos)
Limestone Dolomite (Calizas, Dolomita)
Unconsolidated Shales,
(Esquistos sin consolidar, Calizas, y arenas)
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Como primera conclusión, cada formación responde diferente al valor de estas dos variables, como ejemplo la acción cortadora de los bit para formaciones suaves, pueden adaptarse a velocidades por encima de las 250 y 300 rpm, con el consabido incremento en el desgaste de los dientes del tricono .Ejemplos de Tipos de Bits
En cuanto al aumento de peso, aumentará la desviación del pozo, especialmente si el bit empieza a embotarse, pero los nuevos avances en dientes y rodamientos, han aumentado la capacidad de los bit incluso en formaciones duras, pues pesos de hasta 10.000 lb/pulg de diámetro del bit, deben usarse para superar la resistencia compresiva de la roca. Es altamente conocido por los perforistas que el peso sobre el bit es quizás el parámetro más importante para perforar un pozo, si bien el peso excesivo puede resultar en desviación, sin embargo un adecuado arreglo del BHA (botellas-estabilizadores), puede disminuir este efecto aunque formaciones bastante inclinadas o que alternen capas suaves con duras pueden desviar el pozo incluso a bajos valores de WOB. Nota: Weight on Bit = Peso sobre el bit.
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Así el peso sobre el bit y las revoluciones a las que debe girar para obtener la mayor penetración en las formaciones son determinadas principalmente a partir de pruebas de perforabilidad, llamadas drill ability test, que buscan definir los valores combinados de RPM y WOB que maximicen el ROP. Nota:
Rate on Penetration = Razón de Penetración Drill ability test = Test o prueba de habilidad de perforación
¿Cuándo realizar el Procedimiento? 1
Al comenzar la vida de un tricono o corona nueva
2
Al encontrar cambios litológicos
3
Al ocurrir una reducción drástica o brusca en la ROP (ROP = Razón de Penetración)
Monitor de perforación en maquinas de 3ª generación Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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El procedimiento consta de los siguientes pasos: Mantener RPM constante y seleccionar un WOB cercano al Paso 1
máximo permisible del diseño. WOB = Peso sobre bit
Anotar el tiempo demorado para perforar con un determinado peso, Paso 2
incrementando el peso en intervalos de 5.000 lbs (2.500 kg). 1 lb = 0.454 Kg
Paso 3 Paso 4
Anotar el largo de la Columna perforada en el tiempo del paso (2). De los datos obtenidos en los pasos (2) y (3), calcular la ROP en pies/hora. Repetir los pasos (2) y (3) por lo menos cuatro veces; la última
Paso 5
prueba se hace con los mismos parámetros de la primera; esto determinará si la formación ha cambiado o no.
Paso 6 Paso 7 Paso 8 Paso 9 Paso 10
Graficar el tiempo en segundos vs. WOB. Graficar ROP vs. WOB. Seleccionar el WOB que produjo la máxima ROP, mantener este WOB constante y repetir la prueba variando las RPM. Graficar RPM vs. ROP y seleccionar las RPM que produjeron la máxima ROP. Esta será las RPM seleccionada. Estos valores de RPM y WOB obtenidos, redundaran en la optimización del Bit y de la perforación de la formación.
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Ejemplo: En una prueba se obtuvieron los siguientes resultados
WOB
Tiempo
Largo
ROP
(Libras x 1000)
(Seg)
(pies)
(Calculadas)
50
59
0,50
30,5
45
62
0,50
29,0
40
68
0,60
31,8
35
74
0,48
23,4
30
78
0,45
20,8
50
60
0,50
30,0
Según los resultados de la prueba, el WOB que produjo la mayor ROP es 40.000 libras; al ver las graficas:
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Se puede constatar que el máximo de ROP se presenta a las 40.000 lbs de peso sobre el tricono.
Ahora manteniendo constante este peso y variando la velocidad de rotación se obtienen los siguientes datos: RPM
Tiempo
ROP
(Seg)
(Obtenidas)
100
70
25,7
90
65
27,7
80
60
30,0
70
64
28,1
60
69
26,1
100
72
25,0
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Al graficar ROP vs. RPM, el punto más alto en la razón de penetración, se presenta en 80 revoluciones por minuto.
Así la conclusión, es que los valores óptimos de las dos variables o parámetros de peso y rotación combinados son: •
WOB = 40.000 libras
•
RPM = 80 revoluciones por minuto
Con una razón de penetración máxima obtenida (ROP) de:
30 pies/ hora o 9 metros/hora
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Capítulo 4
Características de los equipos de aire reverso
En las sondas para perforación de circulación reversa existe la posibilidad de perforar tanto con martillo de fondo (DTH = down the hole), como con tricono (ROTARY). La perforación Rotary se caracteriza por requerir de una muy buena capacidad de empuje y rotación a diferencia de la perforación DTH, donde el empuje y la rotación son considerablemente menores.
Diferencia con equipo diamantino El equipo diamantino es básicamente más pequeño, con un motor de menor potencia. Además, como genera un corte cilíndrico hueco, para la obtención del testigo, no requiere de mucho empuje. Sin embrago, trabaja a altas revoluciones, en el rango de las 800 hasta las 1.600 revoluciones por minuto. La perforación diamantina se utiliza tanto en superficie como en interior mina, mientras que el aire reverso siempre ha sido principalmente de superficie, por los malos resultados desde el punto de vista de la calidad de la información de la muestra cuando se ha utilizado en minas subterráneas. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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En interior mina, está muy restringido por la contaminación que pueda provocar, puesto que los equipos de circulación reversa lo que entregan es un polvo. Para minimizar tal impacto se ha tenido que hacer perforación húmeda, con agua y eso genera que la calidad de la muestra sea bastante deficiente.
Condiciones e innovaciones Geográficamente, los yacimientos se encuentran distribuidos desde los pocos metros sobre el nivel del mar a alturas extremas de 5.500 mts. sobre el nivel del mar. Esto influye de manera importante en los equipos, porque a mayor altura hay menor cantidad de aire y la capacidad de los equipos se ve mermada respecto a su condición normal de operación. Cada mil metros de altura, sobre los 2000, la eficiencia mecánica disminuye en 10%, por lo tanto, en un proyecto ubicado a 5.000 mts. de altura, la eficiencia mecánica de los motores petroleros puede disminuir hasta en un 50% y en el caso de los compresores entre un 40% y 45%.
Motor Diesel
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Compresor de 45 m³/min,
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Por este motivo, una de las principales innovaciones, especialmente en circulación reversa, es la utilización de compresores auxiliares y boosters, lo que permite compensar la pérdida de eficiencia de los compresores, asegurando así mejores rendimientos y obteniendo un barrido más eficiente de la muestra.
Asimismo, esta tecnología es aplicable en perforaciones con presencia de agua, toda vez que el líquido también implica una pérdida de eficiencia por la contra presión que genera una columna de agua, lo que es contra-restado con estos implementos. Otros desarrollo importante en circulación reversa lo constituye el sistema de entubado continuo, que evita que los pozos se derrumben en zonas de condición no consolidada. Todo ello se suma a los avances en los diversos materiales empleados en ambos tipos de perforación. Hoy día, en circulación reversa las profundidades típicas que se perforan en Chile son de hasta 400 mm como media, con profundidades máximas de 675 metros. Los rendimientos normales, dependiendo del tipo de roca y en función del proyecto, están en el orden de los 3.000 a los 4.000 m mensuales, existiendo proyectos en los cuales se puede llegar a perforar a razón de 6.000 m mensuales. Los diámetros más comunes van desde 5 3/4" a 5 1/8".
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En el caso de la diamantina las profundidades que se alcanzan son muy variadas; hoy en días se están perforando pozos de una profundidad de hasta 1.600 m, pero el promedio deber ser del orden de los 600 m. Los diámetros de testigo normales con los que se trabaja son: •
HQ (63,5 milímetros)
•
NQ (47,6 milímetros)
•
BQ (36,5 milímetros).
En cuanto al tamaño del mercado de sondajes, según las últimas indicaciones asciende a 600.000 m al año en el caso de la diamantina y 900.000 metros año para la circulación reversa.
Perforación con tricono La perforación con tricono fue desarrollada en el campo del petróleo desde 1907 al aplicar el aire comprimido como fluido de evacuación del detritus formado durante la perforación. Los diámetros de los barrenos varían entre las 2" y las 17 1/2" (50 a 444 mm), siendo el rango más frecuente en minería a cielo abierto de 6" a 12 1/4" (152 a 311 mm). Este método de perforación es muy versátil, ya que abarca una amplia gama de rocas, desde las
muy
blandas,
donde
comenzó
su
aplicación, hasta las muy duras. La perforación rotativa con triconos es las más extendida en estos tiempos, ya que con grandes equipos son capaces de ejercer elevados empujes sobre la boca del tricono.
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Las perforadoras rotativas están constituidas principalmente por una fuente de energía, una columna de barras o tubos, individuales o conectados en serie, que transmiten el peso, la rotación y el aire de barrido a una boca con dientes de acero o insertos de carburo tungsteno que actúa sobre la roca. Hay dos sistemas de montaje para las perforadoras rotativas: sobre oruga o sobre neumáticos. Los factores que influyen en la elección de un tipo u otro son las condiciones del terreno y el grado de movilidad requerido. La mayoría de las grandes perforadoras van montadas sobre orugas planas, ya que éstas pueden soportar mayores cargas y transmitir menor presión al suelo en desplazamiento. El principal inconveniente del montaje sobre orugas es su baja velocidad de traslación, por lo que si la máquina debe perforar
en
varios
bancos
de
la
explotación, distantes entre si, es más aconsejable
seleccionar
un
equipo
montado sobre camión cuya velocidad media de desplazamiento es diez veces superior. Sin
embargo,
en
las
grandes
operaciones los equipos se desplazan poco, ya que perforan un gran número de barrenos en reducido espacio. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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Perforación a rotopercusión Este sistema es el más clásico en perforación y su aparición en el tiempo coincide con el desarrollo industrial del siglo XIX. Las primeras máquinas prototipos de Singer (1838) y Couch (1848) utilizaban
vapor
para
su
accionamiento. Pero fue con la aplicación comprimido
posterior
del
aire
como
fuente
de
energía, en la ejecución del túnel de Mont Cenis en 1861, cuando este sistema evolucionó y pasó a usarse en forma extensiva. Este hecho unido a la aparición de la dinamita constituyeron los acontecimientos decisivos en el vertiginoso desarrollo del arranque de rocas en minería y obras públicas a finales del siglo pasado. El principio de perforación de estos equipos se basa en el impacto de una pieza de acero (pistón) que golpea a un bit que, a su vez, transmite la energía al fondo del barreno por medio de un elemento final (boca). Los equipos de rotopercusión se clasifican en dos grandes grupos según dónde se encuentre colocado el martillo; en cabeza o en fondo. Martillo en cabeza Este sistema de perforación se puede calificar como el más clásico o convencional y aunque su empleo por accionamiento neumático se vio limitado por los martillos en fondo y equipos rotativos, la aparición de los martillos hidráulicos en la década de los setenta ha hecho resurgir de nuevo este método complementándolo y ampliándolo en su campo de aplicación. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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Martillo de fondo Estos martillos fueron desarrollados en 1951 por Stenuick y desde entonces se han venido utilizando con una amplia difusión en explotaciones a cielo abierto. La extensión de este sistema a trabajos subterráneos es relativamente reciente ya que fue a partir de 1975 con los nuevos métodos de barrenos largos y de cráteres invertidos cuando se hizo popular en ese sector. En la actualidad, en obras de superficie este método de perforación está indicado para rocas duras, en competencia con la rotación, debido al fuerte desarrollo de los equipos hidráulicos con martillo en cabeza. La perforación a rotopercusión se basa en la combinación de las siguientes acciones: 1. Percusión: Los impactos producidos por el golpe del pistón originan unas ondas de choque que se transmiten a la boca a través del varillaje (en el martillo en cabeza) o directamente sobre ella (en el martillo en fondo). 2. Rotación: Con este movimiento se hace girar la boca para que los impactos se produzcan sobre la roca en distintas posiciones. 3. Empuje: para mantener en contacto el útil de perforación con la roca se ejerce un empuje sobre la sarta de perforación. 4. Barrido: el fluido de barrido permite extraer el detritus del fondo del barreno. Los equipos de perforación que más se utilizan en labores de interior son los siguientes: 1. Jumbos para excavación de túneles y galerías, explotación por corte y relleno, por cámaras y pilares, etc. 2. Perforadoras de barrenos largos en abanico en el método de cámaras por subniveles. 3. Perforadoras de barrenos largos para sistemas de cráteres invertidos y cámaras por banqueo. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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Aceros de perforación En la perforación rotativa, las variables que se deben tener en cuenta para una buena elección de la columna de perforación, ya sea adaptador de barra con cabezal, barras, estabilizador o adaptador de barra, con tricono, con hardfacing y anillos rotatorios, son: 1. Propiedades de las rocas 2. Litología del terreno 3. Abrasividad 4. Profundidad de los pozos 5. Aleación de los aceros resistentes, entre otros. Cabe mencionar que el desarrollo de estos elementos viene de la industria petrolera; en cuanto a la calidad de los aceros, las normas más estandarizadas son: acero ASTM 519 calidad 4140 (acero carbono, cromo, molibdeno); 4340 (acero carbono; cromo; níquel; molibdeno).
También hay que tener presente los elementos de recubrimiento anti-desgaste como el carburo de cromo, carburo de tungsteno, carburos de vanadio, entre los más conocidos. Lo más importante que tiene que tener en cuenta un usuario de perforación es que el proveedor de estos elementos sea una industria por lo menos con certificación ISO 9001:2000 (sistema de gestión de calidad) y un servicio post venta en terreno, ya que así se asegura de hacer un desarrollo de estos elementos en su faena, para un mejoramiento continuo de sus rendimientos, como una columna fabricada a la medida de su faena. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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Modulo 2
Secuencia completa perforación aire reverso
Capítulo 1
Diagrama de flujo – procedimiento PGI 7511
Con el objetivo de comprender paso a paso, nos basaremos en el Manual de Procedimientos preparado por GBB y que se detalla a continuación en el procedimiento de gestión integrado PGI 7511. Objetivo El propósito de este procedimiento es especificar los requerimientos mínimos para el control del proceso aire reverso de Geotec Boyles Bros S.A., a fin de asegurar un servicio seguro y eficiente, que cumpla y exceda las expectativas del cliente. Alcance Este procedimiento es aplicable a todos los servicios de sondaje mediante el proceso aire reverso el cual se caracteriza por el uso de martillos (bits) o triconos como herramientas de perforación, para la recuperación de muestras. Responsabilidades 1. El Gerente de Operaciones es responsable de la aprobación de este procedimiento y de velar por su cumplimiento. 2. El Jefe de Faena es responsable de hacer cumplir las normas de seguridad y cuidado del medio ambiente y que el proceso de aire reverso se desarrolle adecuadamente y de acuerdo a lo establecido en este procedimiento. 3. El Jefe de Turno y el Perforista son responsables de ejecutar los trabajos de perforación aire reverso, utilizando el equipo y herramientas de sondaje en forma correcta y de acuerdo con lo establecido en este procedimiento. 4. El Ayudante de Perforista es responsable de colaborar y seguir las instrucciones del Perforista o Jefe de Turno.
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5. El Prevencionista es responsable de velar por el uso adecuado y mantención de los elementos de protección personal y que las actividades del proceso sean ejecutadas según las normas de prevención de riesgos y protección del medio ambiente, establecidas en el Programa de Prevención de Riesgos (PCR). Definiciones Barra aire reverso: Es un conjunto de tubos (interior y exterior), en donde el tubo exterior traslada el aire comprimido desde el compresor hacia la herramienta (HTA) y el empuje y la rotación desde la unidad de rotación de la sonda hasta el martillo (bit) o tricono; y por el tubo interior, se traslada la muestra hacia el exterior, mediante la acción de retorno del aire comprimido hacia el ciclón. Bit: Herramienta utilizada para perforar por abrasión
y
percusión,
con
lo
cual
se
recuperan las muestras en forma de cutting. Pueden ser martillos de percusión o triconos de rotación. Cutting: Partículas de roca producidas en un pozo debido a la acción abrasiva o de percusión de la herramienta de corte. Ej.: Bits (martillos o triconos). Revestimiento: Cañería que sirve para proteger las paredes del sondaje en casos de derrumbes en sobrecarga, prevenir pérdidas de agua y para reducir el diámetro del pozo cuando se desea continuar el sondaje con un diámetro de barra inferior. Tricono: Herramienta de rotación utilizada para perforar por trituración o molienda, con la cual se recuperan las muestras en forma de polvo, cutting o recortes.
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D E S C R IP C IO N D E L P R O C E S O FLU JO G R AM A In ic io
7
1
P r e p a r a r P la ta fo r m a d e S o n d a je
2
In s ta la r , n iv e la r y a n c la r la s o n d a
3
In s ta la r c o m p r e s o r c ic ló n y c u a r te a d o r
4
In c lin a r la to r r e d e la s o n d a
M o d ific a r p a r á m e tr o s de p e r fo r a c ió n
5
S e le c c io n a r H e r r a m ie n ta s (H T A S )
6
In ic ia r p r o c e s o d e p e r fo r a c ió n
No
?
Si
8
9
C o r r e g ir y c o n tin u a r p e r fo r a c ió n
V e r ific a r in c lin a c ió n del pozo
No
?
Si
¿ In c lin a c ió n c o r r e c ta ?
A B (Ver continuación del diagrama de flujo en página 30)
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Fase
Descripción
Responsable
Recepcionar la plataforma de sondaje; previa una inspección ocular de ella. Considerando: a. Una muy buena nivelación, permitiendo la ubicación del camión de apoyo y del combustible; además de los accesorios (ciclón, etc.)
1
JF / JT b. El tamaño adecuado para acomodar la sonda y proveer
PE
el espacio suficiente para el perforista y su ayudante; más un equipo de apoyo y una camioneta de servicios. c. Verificar los aspectos de seguridad de la plataforma (ver manual PCR). Registrar recepción conforme en "Informe de Turno” sección observaciones.
2
Instalar la sonda en el rumbo indicado por el cliente. Nivelar la sonda asegurando que las gatas hidráulicas queden apoyadas en un lugar sólido y seguro, de modo que garantice un buen soporte en relación al peso de la sonda.
JF/JT PE
Chequear instalación, rumbo y ángulo de inclinación del pozo, por personal autorizado por el mandante.
3
Instalar compresor. En caso de ser necesario, acoplar un compresor auxiliar, Instalar ciclón, Instalar cuarteador
4
Desde la posición horizontal, levantar torre de la sonda de acuerdo al ángulo o inclinación del pozo requerida por el cliente.
Significado de las siglas: AY Ayudante JT Jefe de Turno GE Geólogo (cliente)
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JF/JT PE JF/JT PE
JF Jefe de Faena PE Perforista
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Responsabl
Fase
Descripción
5
Seleccionar las herramientas de sondaje de acuerdo al
e
diámetro de pozo especificado y características del terreno.
6
JF/JT PE
Primeramente instalar pipa en la boca del pozo (ver sección
8).
Posteriormente,
hacer
circular
el
aire
comprimido y a continuación con la rotación del bit o tricono apoyado en el fondo del pozo, comenzar
JT/PE
perforación. Verificar constantemente las RPM, la carga sobre el bit, la velocidad de avance y el caudal del aire comprimido o del fluido de circulación cuando corresponda
7
Modificar los parámetros de perforación cuando se presenten anomalías durante el proceso, según las pautas
PE
proporcionadas en la sección 9 de este procedimiento
8
Verificar inclinación del pozo, cuando sea un requisito especificado por el Cliente.
9
JF/JT GE
Corregir la inclinación del pozo cuando proceda y continuar
JT/PE
perforando hasta alcanzar la profundidad especificada. Significado de las siglas: AY Ayudante JT Jefe de Turno GE Geólogo (cliente)
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JF Jefe de Faena PE Perforista
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A
10
Si
P reparar e introducir lodo
? No
11
¿Presencia de hum edad o agua?
E xtraer y cuartear cutting
12 C orregir causas probables
¿Porcentaje de recuperación de m uestra adecuado?
? 13
No
B
V erificar profundidad del pozo
¿Profundidad del pozo de acuerdo a lo especificado?
? Si
14
15
R egistrar datos R etirar barras, herram ientas y equipos
Fin
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Fase
Descripción
Responsable
10
Preparar e introducir lodo al pozo (bombear) cuando
JT/AY
exista presencia de humedad o agua en el pozo. 11
Extraer las muestras y depositarlas cuidadosamente en las bolsas de embalaje. Cuartear (clasificar) la cantidad de cutting requerida por el cliente. Siendo el objetivo principal de la perforación aire reverso
la
de
obtener
muestras
(o
JT/AY
cutting)
representativas de la roca, esta fase requiere de la máxima atención. La cantidad máxima de muestra o cutting, es igual al peso del volumen teórico del pozo. 12 13
Corregir las causas que puedan estar incidiendo en
JF/JT
una baja recuperación de muestras.
PE/GE
Verificar la profundidad del pozo.
JF/JT
Si aún no es alcanzada la profundidad del pozo
PE
especificada, continuar el proceso desde la fase 9. 14
Registrar los datos del proceso, según lo establecido
JF/JT
en el párrafo 13 de este procedimiento 15
Retirar las barras y accesorios de perforación. Así mismo retirar la pipa. Desinstalar compresor, ciclón y cuarteadores. Desinstalar la sonda para cambiar al pozo siguiente,
JF/JT
según lo requerido por el cliente.
PE/AY
Dejar la plataforma en las mismas condiciones en que fue recepcionada, con especial atención en el cuidado del medio ambiente. Significado de las siglas: AY Ayudante JT Jefe de Turno GE Geólogo (cliente)
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JF Jefe de Faena PE Perforista
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Verificaciones previas a la instalación de la sonda El Jefe de Faena en conjunto con los Jefes de Turno y/o Perforistas, antes de iniciar las actividades de perforación, deben asegurarse que: 1. Todo el personal bajo su responsabilidad esté equipado con la ropa de trabajo, zapatos de seguridad (o botas), cascos y protección auditiva apropiados; además, de que se ha instruido sobre los procedimientos básicos del Programa de Control de Riesgos (PCR). Registrar en la hoja "Inspección de Elementos de Protección Personal ". 2. No existan condiciones inseguras en el área de sondaje y pasillos o zonas de acceso. 3. El lugar para la instalación de la sonda sea el adecuado; el suministro de agua sea suficiente; las herramientas sean las adecuadas; el lugar para almacenar las barras, herramientas y accesorios sea el apropiado y el lugar para depositar el cutting sea el adecuado (incluyendo su embalaje). 4. Existan los elementos adecuados para la nivelación de la sonda y equipos auxiliares. 5. El área de trabajo esté limpia y que todos los productos inflamables y grasas estén almacenados a una distancia segura de la sonda y debidamente señalizada. 6. Todos lo pernos de sujeción críticos, tengan el torque adecuado. 7. Las mangueras posean la malla y los estrobos de seguridad y que las conexiones estén en buenas condiciones. 8. Las roscas o hilos de las barras, herramientas y accesorios estén adecuadamente lubricadas y libres de suciedad. 9. Exista un buen suministro de agua (cuando sea requerido) y que haya suficiente espacio para la maniobra segura del camión aljibe y camión para combustible. 10. Que el área de los trabajos este debidamente delimitada con cinta y/o conos reflectantes. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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Instalación de la pipa. En perforaciones Aire Reverso, por lo general se debe comenzar perforando con tricono de 7 1/4”, para luego instalar la pipa de 6” en la boca del pozo. Una vez que se ha instalado la pipa, se debe proceder a recubrir el espacio anular con yeso o cemento, con el fin de evitar la fuga del aire comprimido. Parámetros de control del proceso de perforación. El Perforista es responsable del control de los parámetros de operación y de su registro, siempre y cuando el equipo esté dotado de los instrumentos necesarios, con el fin de asegurar un óptimo rendimiento del bit o tricono y una máxima recuperación de polvo o cutting. Como estándar, se establecen tres parámetros de control fundamentales: 1. Velocidad de rotación 2. Peso o carga sobre el tricono o bit 3. Barrido (en algunos casos puede requerirse agua o espuma) Velocidad de rotación. El tipo de bit o tricono, la profundidad y diámetro del pozo, el diámetro y condición de las barras de perforación, el tamaño de los estabilizadores y fundamentalmente la formación rocosa, son aspectos que el Perforista debe considerar al seleccionar una determinada velocidad de rotación. a. Velocidades de Rotación de orientación para bits (Triconos) Formación rocosa
RPM (*)
Blanda
15 – 60
Mediana
10 – 40
Dura
5 – 20
Muy dura
5 – 12
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Avance o Penetración (Avance) Pies/hr Una primera aproximación se obtiene multiplicando las RPM por 2, lo que da el resultado en Pies / hr (**)
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(*)
Las rpm bajas correspondan a diámetros de bits entre 12” a 18” y las rpm más altas a diámetros de bits entre 4” a 6”.
(**) Al multiplicar los pies/hr por 0,3048 se obtiene el avance o penetración expresado en m/hr. b. Velocidades de Rotación de orientación para triconos (con insertos de carburo de tungsteno) Formación rocosa
RPM (*)
Avance o Penetración (Avance) Pies/hr (**)
Blanda
50 – 150
75 – 225
Mediana
50 – 120
36 – 86
Dura
50 – 90
29 – 52
Muy dura
40 – 80
17 – 33
(*)
Las rpm bajas corresponden a diámetros de triconos entre 12” a 15” y las rpm más altas a diámetros de bits entre 4” a 6”.
(**) Al multiplicar los pies/hr por 0,3048 se obtiene el avance o penetración expresado en m/hr. Peso o carga sobre el bit o tricono Un peso correcto sobre el bit o el tricono es tan importante como una correcta velocidad de rotación (RPM). A medida que aumenta la profundidad del pozo y se agregan nuevas barras de perforación, hay que reducir la presión de empuje para compensar el peso de las barras ya introducidas en el pozo y soplarlo por algunos segundos con el objeto de evitar contaminación de la muestra siguiente y atrapamiento de herramienta.
¡Importante! Cuando compruebe el manómetro de presión de avance recordar que se trata de una presión hidráulica, medida en PSI y no de un peso real en libras o kilogramos. La correlación entre presión hidráulica y peso en kgs. o libras varía de equipo a equipo, dependiendo del tamaño (diámetro) de los cilindros hidráulicos utilizados. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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a. Valores de orientación del peso o carga total (mínima) sobre el bit.
Formación rocosa
(*)
Peso total mínimo sobre el bit @ 250 PSI (*) Libras (lb)
Kilogramos (Kg)
Blanda
1300
600
Mediana
2100 - 3300
1000 - 1500
Dura
5000 - 8600
2300 – 3900
Muy dura
11300
5100
Para otras presiones, consultar el catálogo del fabricante del martillo (bit).
b. Valores de orientación del peso sobre el tricono. Peso sobre el tricono Formación rocosa
(*)
Libras (lb) (*)
Kilogramos (Kg) (**)
Blanda
1000 – 4000
500 – 1800
Mediana
2000 – 5000
900 – 2300
Dura
3000 – 6000
1400 – 2700
Muy dura
5000 – 8000
2300 – 3600
Valores por cada pulgada de diámetro del tricono.
(**) Valores por cada 25 mm. de diámetro del tricono. Barrido La función del barrido es transportar los cuttings o detritos de perforación desde el fondo del pozo hasta la superficie. Además de esto, el barrido contribuye eficazmente a la refrigeración de los rodamientos o bujes del tricono.
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a. Valores de orientación de la velocidad de barrido con aire comprimido para bits y triconos: Velocidad de barrido
Tipo de cutting
m/s
Pies/min
Fino y minerales ligeros
25
5.000
Grueso y minerales pesados
35
7.000
Grueso y minerales pesados con alto
50
10.000
contenido de agua.
b. Velocidad del Aire Comprimido o Velocidad de Barrido. Para evacuar eficazmente el cutting a través del tubo interior de la barra para aire reverso, la velocidad del aire debe estar comprendida entre los 5.000 y 10.000 pies/min (ver tabla anterior sobre la velocidad de barrido). Esta velocidad se controla por la capacidad del compresor y el diámetro interior del tubo interior de la barra de aire reverso. Reduciendo el diámetro del tubo interior, se incrementará la velocidad del aire. Para tener una idea aproximada del volumen de aire, utilice la siguiente fórmula: c. Caudal (Flujo) de Aire Es un volumen de aire medido en una unidad de tiempo (minuto) y se calcula por la siguiente expresión: Q = V x D2
(pies3/min
183,33 En donde:
Q = Caudal o flujo de aire en pies cúbicos/ min. V = velocidad de barrido en pies/min D = diámetro interior del tubo interior en pulgadas
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Ejemplo: Si se requiere perforar un pozo con una velocidad de barrido de 7.000 pies/min, empleando una barra de aire reverso de 41/2”, cuyo diámetro interior del tubo interior es de Ø 2,468”, el caudal de aire requerido será: Q = 7.000 x 2,4682
(Nota: 2,4682 = 2,468 x 2,468)
183,33 Q = 232,6 pies3/min Nota: para obtener el equivalente en m3/min, divida el resultado por 35,3. Si desea obtener litros/seg, entonces multiplique el resultado por 0,472
d. Corrección por altitud La altura a la cual se encuentra perforando, afecta a la capacidad del compresor. Debe tener en cuenta que por cada 1.000 m. sobre el nivel del mar (m.s.n.m), el compresor pierde su capacidad en aproximadamente un 10%. Ejemplo: si se está a 3.000 m.s.n.m., entonces se contará con un 70% de la capacidad nominal del compresor. e. Corrección por contrapresión La contrapresión aumenta de forma constante según aumenta la longitud del pozo. Para corregir este efecto, es necesario aumentar la presión de aspiración (o de succión) hasta obtener la velocidad de barrido adecuada. f. Inyección de agua o espuma Durante el proceso de perforación con aire reverso, la inyección de agua o espuma puede ser beneficiosa en determinadas circunstancias.
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Porcentaje de recuperación de muestra (cutting) Siempre se debe tener presente que, el objetivo principal de la perforación aire reverso es la muestra o cutting recuperado; por lo tanto, el Jefe de Faena debe velar que el personal bajo su responsabilidad, haga un buen manejo y cuidado de las muestras recuperadas. Información complementaria se encuentra en el procedimiento PGI-7553 “Manipulación y Almacenamiento de Muestras/Testigos”. Como criterio de valoración de la calidad del proceso de perforación aire reverso, se emplea el “Porcentaje de Recuperación de Muestra (o Cutting)”, el cual se determina según la siguiente fórmula:
Nota: El peso del volumen teórico de la corrida depende del peso específico del material de la formación, del diámetro del pozo y de los metros perforados al momento de la medición. Valores de orientación de R.M Clase
Categoría
R.M. %
1
Muy bueno
95 – 100
2
Bueno
75 – 90
3
Regular
50 – 75
4
Pobre
25 – 50
5
Muy pobre
0 – 25
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Operaciones de rescate. La operación de rescate consiste en el empleo de herramientas y técnicas especiales para extraer objetos atascados o caídos dentro del pozo. Las causas principales que eventualmente podrían dar origen a una operación de rescate son: La formación rocosa Las condiciones de la sonda y accesorios La técnica de perforación La falta de capacitación El Jefe de Faena es responsable de planificar las operaciones de rescate y comparar los costos que implica el rescate, versus a abandonar los elementos caídos o atascados e iniciar un nuevo pozo; asimismo, el Jefe de Turno y Perforista deben ejecutar las operaciones de rescate de acuerdo a las instrucciones de trabajo establecidas en su faena para este proceso.
Mantención preventiva del equipo y herramientas El Jefe de Faena en conjunto con el Jefe de Turno y el Perforista son responsables de la aplicación y cumplimiento de los Programas Diarios, Semanales y Mensuales de Mantención Preventiva, previstos para los equipos y herramientas asignadas a cada faena en particular y de acuerdo a lo establecido en los siguientes procedimientos: •
Recepción de Equipos en Talleres PGI-7514
•
Despacho de Equipos Reparados en Taller PGI-7515
•
Mantenimiento de Equipos en Faena – PGI-7516”
Las barras para aire reverso, los bits y triconos por su importancia y elevado costo necesitan una mantención continua para asegurar una buena operación y una vida útil razonable.
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Registro de los datos del proceso de perforación. Partiendo de la base que, el Geólogo o la persona que representa al Cliente en la faena, confía plenamente en la información que proporciona el Perforista, éste último debe asegurar la exactitud y veracidad de los datos del proceso. Para tal efecto, se utilizan tres registros básicos para recopilar la información del proceso, y tres registros para la mantención preventiva de los equipos.
Registro
Código
Elabora
Revisa
Aprueba
1
Informe de Turno
PGI 7101-1
Perforista
Jefe de Turno
Cliente
2
Reporte Semanal
PGI 7101-2
Coordinador
Jefe de Faena
Cliente
Jefe de Turno
Jefe de
Administrativo 3
Rendimiento Broca
PGI 7510-1
Jefe Administrativo
Faena
El manejo y distribución del Informe de Turno PGI 7101-1 y el Reporte Semanal PGI 7101-2, está establecido en el procedimiento PGI-7101 “Coordinación y Control de las Actividades de Faena”. Cada vez que un bit o tricono cumple su vida útil o queda inutilizado repentinamente, el Jefe de Faena (o el Jefe Administrativo) registra los datos en el Informe de Rendimiento de Broca PGI 7510-1. Cada 15 días el Jefe de Faena debe enviar el original de dicho informe al Coordinador de Operaciones, conservando las respectivas copias. En el Informe de Turno que corresponda (PGI-7101-1), en la sección observaciones se debe registrar: a.
La recepción de la plataforma (al inicio del pozo).
b.
La verificación de la inclinación del pozo (cuando el cliente lo solicite)
c.
La verificación de la profundidad final del pozo (al final del proceso)
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Capítulo 2
Secuencia de operación
2.1.-
Instalación de la faena
En la instalación de faena, intervienen equipos como sonda de aire reverso, camión de barras, camión con ciclón, camión grúa, camión aljibe, camión petrolero, camionetas, etc.
Sonda aire reverso
Camión con ciclón y sonda aire reverso
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Camión barras y perforadora
Camión grúa
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Camión petrolero
Camión aljibe Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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2.2.-
Operación aire reverso
Sonda perforando
Captación cutting en ciclón Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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Disposición cutting en bolsa
Ordenamiento bolsas cutting
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Granulometrías cutting
Movimiento de barras Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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Tablero de control y comandos
Instrumentos tablero control Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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Comandos huinche principal
Otros comandos Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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Término de pozo(bajada torre sonda)
Cambio pozo(ubicación plataforma) Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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Modulo 3
Operaciones asociadas
Capítulo 1
Muestreo, Ciclón y cuarteador
El servicio de AIRE REVERSO puede verse afectado por CASTIGOS aplicados por los clientes, debido a una baja recuperación de cutting o muestra. El objetivo principal de los sondajes es la recuperación de la muestra, razón por la cual los esfuerzos deben dirigirse a mejorar la eficiencia de perforación, de modo de lograr una recuperación superior a 90%. En la práctica esto significa obtener como mínimo, 90 cm de muestra, de 1 m perforado (o su equivalente en peso). Funcionamiento del sistema aire reverso
El
aire
entregado
compresor
de
la
por
el
sonda,
circula hacia el fondo del pozo por el espacio anular que existe entre el tubo interior y la pared interna de la barra. Con la rotación y percusión de la herramienta usada, se obtiene la muestra o cutting en el fondo del pozo, la que es impulsada por el aire y llevada hasta el ciclón por el tubo interior de la barra de perforación.
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En la figura se puede observar como circula el aire hacia el fondo del pozo, por el espacio anular. También como circula el cutting por el tubo interior de la barra de perforación.
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Es de suma importancia mantener continua y permanente el flujo de aire por el espacio anular que existe entre la columna de barras y la pared del pozo, de modo de asegurar la limpieza del pozo y evitar la formación de cuellos que atrapen las barras.
Causas de pérdida de cutting Causa 1
Solución
Paso de aire al tubo interior, ocurre
Chequear
cuando tenemos un tubo roto o un
probador, al momento de colocar cada
sellado defectuoso de los o’ring, lo
barra; cambiando las que estén en
que se produce por el roce del cutting
malas condiciones. Verificar el buen
con la pared del tubo o el roce entre
estado de los o’ring; retirar de las
los extremos de los tubos.
columnas los tubos rotos y/o con los
continuamente
con
el
extremos defectuosos. Causa 2
Solución
Disminución del diámetro exterior de
Verificar el diámetro del bit o tricono y la
la zapata, lo que no permite un sellado
zapata, antes de bajar las barras al
de ésta con la pared del pozo,
pozo;
permitiendo el escape de cutting por el
diferencia entre bit y zapata de 1/8
espacio anular hacia el exterior por el
pulgadas
BOP; esta situación produce una
martillo. Para la perforación con tricono,
considerable baja de recuperación de
la zapata y el tricono deben mantener
cutting en el ciclón. La zapata se gasta
diámetros similares.
es
necesario cuando
se
mantener perfore
una con
excesivamente cuando perfora roca dura y abrasiva.
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Causa 3
Solución
Falla y grietas en el pozo. Cuando se
Practicar un sellado de las grietas con la
perforan zonas con fallas y grietas,
aplicación de aditivos que formen una
disminuye la recuperación de cutting
pared estable en el pozo. Informar al
al fugarse aire por las grietas, llevando
Cliente
consigo gran parte de la muestra.
detectado el problema de modo de
de
tal
situación
una
vez
explicar la razón de la pérdida de muestra y no se aplique castigo. A continuación se muestra el proceso de captación de la muestra o cutting a través de un ciclón y clasificación de la muestra en cuarteadores y disposición en bolsas.
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Capítulo 2
Determinación
del
peso
del
cutting
por
metro
de
sondaje.
Recuperación Peso de la muestra Generalmente, el Cliente estima valores del peso específico de la roca que se va a perforar y en base a sus datos, se determina el peso de la muestra o cutting, por tramo de perforación de acuerdo al diámetro de la herramienta usada. Es muy importante evitar la pérdida de muestras cuando se retiran del ciclón para llevarlas a los cuarteadores. La balanza usada se debe mantener en todo momento en perfecto estado de funcionamiento (permanente calibración)
Cálculo del peso de la muestra y recuperación Este cálculo se realiza en base al volumen de un cilindro, que es el espacio resultante después de haber perforado un tramo determinado de pozo.
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El cilindro es el sólido generado por un rectángulo que gira en torno a uno de sus lados. Para calcular su volumen se emplea la siguiente fórmula:
Volumen del cilindro =Area de la base x altura
El área de la base es el área de un círculo, dado por la relación: π r2 ; en que π = 3,14 y es un valor constante, y r es el radio del círculo. De esta forma el volumen del cilindro, se calcula por la relación:
π x r2 x h en que para estos efectos h = 1 ( muestra en 1 m de pozo)
Finalmente, el peso de 1 m perforado de pozo, está dado por la ecuación:
π x r2 x peso específico roca en que r es el diámetro del bit o tricono.
Ejemplo de aplicación Si tomamos una muestra o el cutting de 1 metro perforado, de una roca cuyo peso específico sea 2,65 gr/cm3, el peso se calcula con la fórmula antes vista, entonces: Peso = π r2 x 1 metro x 2,65 gr/cm3 = 3,14 x r2 x 100 cm x 2,65 gr/cm3
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Si perforamos 1 metro con un tricono de diámetro 5 3/8" , esto significa que el radio en centímetros es: r
= (5,375” x 2,54) / 2
r2 = 6,8 x 6,8
= 6,8 cm = 46,24 cm2
luego el Peso de la muestra es:
Peso de la muestra
=
3,14 x 46,24 cm2 x 100 cm x 2,65 gr/cm3
38.476 gr = 38 kilos/ metro
Podemos concluir que si perforamos 1 metro de sondaje en una roca con peso específico 2,65 gr/cm3 con un tricono de diámetro 5 3/8”, debemos obtener 38 kilos de cutting por metro para una recuperación de un 100% Para distintos diámetros de triconos y recuperaciones, para 1 metro de sondaje se tiene: Diámetro tricono
Kilos de cutting
Kilos de cutting
pulgadas
100% recuperación
90 % recuperación
5 3/8 "
39
35
5 1/4 "
37
33
5 1/8 "
35
32
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Modulo 4
Parámetros operacionales
Capítulo 1
Selección de la herramienta de perforación
A continuación se presenta una guía de selección de la herramienta de perforación en la operación aire reverso.
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De esta guía se deduce que: 1. Para rocas ígneas y metamórficas (granito, basalto) se debe usar martillo DTH para diámetros entre 4 y 8 pulgadas. Es decir para rocas muy duras a duras. 2. Para rocas sedimentarias (gravas, arenas y arcilla) se debe usar tricono, para diámetros entre 4 y 12 pulgadas. Es decir para rocas duras a suaves y formaciones inconsolidadas. TRICONO
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MARTILLO DTH + BIT
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Vista completa de la instalación de un tricono y un martillo de aire reverso
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Capítulo 2
Determinación compresor de aire
Un compresor es un equipo o máquina que se usa para comprimir aire.
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Reglas importantes 1. A mayor diámetro del pozo, se requiere mayor volumen de aire o capacidad del compresor especificado en CFM (Cubic Feet Minutes). 2. A mayor profundidad del pozo, se requiere mayor presión de aire especificado en (PSI). En terreno duro a suave como caliza, arenisca, pizarra. La caliza más blanda se puede perforar con bit – tricono, con método Rotary Crush o por impacto con martillo, con barrido de aire, usando compresor de baja presión. En terreno muy duro a duro como granito, basalto, cuarcita. Estas formaciones se prestan para ser perforadas con DTHH (Down The Hole Hammer) o Rotary Percusión. Se requiere de un compresor de alta presión.
Capacidad de los compresores Corrección por altitud La altitud a la cual se está perforando, afecta a la capacidad del compresor. Se debe tener en cuenta que por cada 1.000 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m) el compresor pierde aproximadamente un 10% de su capacidad. Ej.: Si se está perforando a 3.000 m.s.n.m, se contará con un 70% de la capacidad de placa del compresor (o de la capacidad a nivel del mar) Si en una faena ubicada a 5000 m.s.n.m, se necesita un compresor de una capacidad de 1050 CFM, se deberá instalar un compresor de una capacidad igual al doble de la requerida a nivel del mar (o capacidad de placa), es decir de 2100 CFM. Además, dependiendo de la profundidad y del diámetro del pozo se deberá considerar otro factor de corrección adicional.
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A continuación se muestra una tabla para la corrección de altura para un compresor de 1050 CFM. De la tabla se puede deducir que por ejemplo un compresor de 1050 CFM, a 3000 m de altura tiene una capacidad de 714 CFM
Factor de corrección por altura Altitud
CFM compresor a
Factor de
CFM real
corrección
compresor
Pies
Metros
4000
1.200
0,86
903
5000
1.500
0,82
861
6.000
1.800
0,79
830
7.000
2.100
0,76
798
8.000
2.400
0,73
767
9.000
2.700
0,70
735
10.000
3.000
0,68
714
11.000
3.400
0,65
683
12.000
3.700
0,63
662
nivel del mar
1.050
Altitud Se define como la diferencia de cota entre el nivel del mar y el punto geográfico donde operará el compresor. Altura Es la diferencia de cota entre dos puntos geo-gráficos relativos en donde no se toma como referencia base el nivel del mar.
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Bombas inyectoras de motores diesel Calibración por altitud Al igual que en la capacidad de los compresores, la altitud afecta el rendimiento o eficiencia de los motores diesel. Sobre 1500 m.s.n.m es necesario calibrar la bomba inyectora de petróleo del motor de la sonda. Esto se debe al déficit de oxígeno en el aire que participa en la mezcla con el petróleo; lo que hace trabajar al motor en forma dispareja, sin potencia. Por esta razón se debe regular el paso o flujo del petróleo a través de los inyectores de la bomba para que se mezcle en forma óptima con el aire y permita trabajar al motor en forma eficiente. Bomba inyectora
Calibración bomba inyectora
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Conclusión Si bien el fabricante entrega las características del compresor al momento de su adquisición (presión máxima y caudal másico máximo), estos valores son sólo referenciales pues están medidos en condiciones estándar, las cuales no son necesariamente las condiciones reales en las que operará el compresor. Este puede disminuir (o en casos excepcionales aumentar) su caudal másico por diferentes motivos, entre los cuales se cuentan: Altura sobre el nivel del mar a la que está operando el compresor: La densidad del aire atmosférico en la succión es extremadamente importante. Un aire menos denso provocará que el caudal másico entregado se reduzca en un porcentaje que puede ser importante respecto al caudal nominal. Condiciones mecánicas en la que se encuentra el equipo: Una deficiente mantención del motor o del compresor o el desgaste de las partes pueden reducir notablemente el caudal entregado por este último. Fugas del sistema de alimentación en el caso de redes de aire. Elevadas pérdidas de carga las cuales se traducen en una resistencia al flujo.
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Capítulo 3
Desgaste y evaluación de triconos
Este sistema, denominado dull grading, permite clasificar cada tricono una vez usado, sea éste de conos o de cortadores fijos. Cada empresa es libre de usar esta información, creando registros que al ser consultados, dan al perforista información sobre los problemas que pueden presentar los triconos en cada estructura geológica y así seleccionarlo para que no vaya a presentar los mismos inconvenientes cuando se esté perforando en el área de donde se sacó el bit y que dio lugar al registro. Consta de ocho columnas, cada una evalúa el desgaste de cada sección establecida del tricono, cada columna tiene su propia manera de registrar cada criterio.
Estructura de corte
Filas
internas
externas
B
Característic as Localización de los cortadores
Rodamiento y sello
G
Observaciones
Otras característi Diámetro cas 1/16” de los cortadores
Razón de la salida
Reason pulled Other dull or run characteris termina te
Inner rows
Outer rows
Dull characteristic s
Location
Bearing and seal
Gauge
I
O
D
L
B
G
O
R
1
2
3
4
5
6
7
8
Explicación Simbología Columna Nº 1 FILAS INTERNAS (Inner Rows) I Reporta la condición de las estructuras cortantes que no tocan las paredes del pozo y que corresponden a las dos terceras partes internas del radio de la estructura cortante.
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Columna Nº 2 FILAS EXTERNAS (Outer Rows) O Reporta la condición de las estructuras cortantes que tocan las paredes del pozo, correspondiente a la tercera parte externa del radio de la estructura cortante. Para estas dos primeras columnas, se especifica el desgaste mediante una escala de cero a ocho (0-8) donde: •
0 Corresponde a cero pérdida de la estructura
•
Cortante (altura del diente o del inserto)
•
8 Corresponde a pérdida total de la estructura
•
Cortante (altura del diente o del inserto)
Ejemplo : Un tricono con la mitad de los insertos de sus filas internas partidos o perdidos y con los insertos remanentes desgastados a la mitad de su altura original, debería calificarse con 6 en la columna 1.
Si los insertos de las filas externas están intactos pero desgastados a la mitad de su altura original, la calificación apropiada en la columna 2 sería 4.
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Columna Nº 3 CARACTERISTICAS DE LOS CORTADORES (Dull Characteristics) D Utiliza un código de dos letras para indicar la característica del desgaste. Al término de este capítulo se muestran ejemplos visuales, para cada código, incluso los casos que aplican a ambos tipos de triconos.
Columna Nº 4 LOCALIZACIÓN (Location) L Se indica con una letra, la parte de la cara del tricono donde ocurrió el desgaste registrado en la casilla 3 (D) y se considera como cono número uno el cono cuyo elemento cortante esté más al centro del bit, los otros conos se cuentan en el sentido de los punteros del reloj, estando el tricono apoyado en el pin.
Detalle de la Localización Característica
Ubicación de conos
Cono Nº
N
Fila de la nariz
Nose Row
M
Fila del medio
Middle row
1
G
Filas del diámetro
Gauge row
2
A
Todas las filas
All Rows
3
Columna Nº 5 RODAMIENTO Y SELLO (Bearing / Seals) B Dependiendo del tipo de rodamiento (bearing) se designa con una letra o con un código numérico. Para rodamientos no sellados, se indica con una escala lineal de cero a ocho (0-8) el desgaste del rodamiento y en caso de estar selladas o ser de anillos de fricción se indica como código de letras. En la tabla siguiente se muestra el detalle.
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Escala (nº sello) 0 2 4 6
Significado
Código (sello/anillos de fricción)
Significado
Rodamiento sin usar
E
Sello efectivo
F
Sello fallado.
N
Sello dudoso
El cono permite el movimiento lateral El cono puede ser movido, sin mostrar rodillos. Parte de los rodillos son visibles.
7
Cojinetes desgastados.
8
Rodamiento totalmente usado, frenado o cono perdido
Columna Nº 6 DIAMETRO 1/16” (Gauge) G Describe el diámetro del tricono y reporta las reducciones del mismo en dieciseisavos (1/16) de pulgada, si este no se reduce se indica como (1) o con la letra ( I ) Código
Significado
(Para reportar como) I
En “Gauge”
1/16
1/16” por fuera de “Gauge”
2/16
1/8” por fuera del “Gauge”
4/16
1/4” por fuera del “Gauge”
Columna Nº 7 Otras características de los cortadores (Other Dull Characteristics) O Reporta cualquier característica adicional a las que ya se tengan listadas en la columna 3 (D). En este se aplica el listado de códigos de dos letras que sirve para tal columna.
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Columna Nº 8 RAZON DE LA SALIDA (Reason Pulled or Run Terminated) R Indica el motivo del retiro del tricono y se expresa mediante un código de 2 o 3 letras. Razón de termino del uso del tricono corrida del tricono
Código
Español
Inglés
DSDBHA
Cambio del ensamblaje de fondo
Change Bottom Hole Assembly
CM
Condiciones del lodo
Mud Conditions
CP
Punto de corazonamiento
Core Point
DMF
Falla del motor en el pozo
Downhole Motor Failure
DP
Tapón balanceado
Drill Plug
DSF
Falla de la sarta de perforación
Drill String Failure
DSDDST
Prueba de presión
Drill Stem Testing
DTF
Falla de las herramientas de fondo
Downhole Tool Failure
FM
Cambio de formación
Formation Change
HP
Problemas del Pozo
Hole Problems
HR
Horas de rotación
Hours on Bit
LIH
Tricono perdido en el pozo
Left In Hole
LOG
Toma de registros
Run Logs
PP
Presión de bomba
Pump Pressure
PR
Razón de penetración
Penetration Rate
RIG
Reparación del equipo
Rig Repair
TD
Profundidad total y/o de revestimiento
Total Depth / Casing Depth
TQ
Torque
Torque
TW
Tubería partida o desenroscada
Twist Off
WC
Condiciones ambientales
Weather Conditions
WO
Deslavado sarta perforación
Washout drill string
A continuación se muestra un set de imágenes de triconos retirados de la operación, de acuerdo al Código D de la Columna Nº 3 CARACTERISTICAS DE LOS CORTADORES (Dull Characteristics): Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Junio 2005
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WT - WORN CUTTER
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Diente Gastado
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WO - WASHED OUT BIT
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LAVADO EXTERIOR
BIT
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RO – RING OUT
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PERDIDA CIRCULO
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PN – PLUGGED NOZZLE/WATERWAY
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NOZZLE TAPADO
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LT – LOST CUTTER
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PERDIDA DIENTE
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LN – LOST NOZZLE
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PERDIDA NOZZLE
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LM – LOST MATRIX
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PERDIDA MATRIZ
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JD – JUNK DAMAGE
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PERDIDA COMO CHATARRA
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ER – EROSION
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DESGASTE
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CT – CHIPPED CUTTER
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DIENTE ASTILLADO
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CR – CORED
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PERDIDA NUCLEO
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BU – BALLED UP
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FORMA DE BOLA
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BT – BROKEN CUTTERS
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DIENTES QUEBRADOS
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BF – BOND FAILURE
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FALLA GARANTIA
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Modulo 5
Glosario
Perforación con circulación inversa
Ciclón El nombre técnico más acertado es Separador Centrífugo de Polvos, es una máquina destinada a lograr la separación de un material pulvurulento mediante la combinación de las acciones de una fuerza centrífuga y la fuerza de gravedad. Agua subterránea Agua existente debajo de la superficie terrestre en
una
saturación, espacios
zona
de
donde
los
vacíos
del
suelo están llenos de agua
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Cutting: Detrito de perforación, recorte, sedimento; muestra de la perforación por aire reverso. DTH: Down the hole; dentro del pozo CFM: Cubic Feet per minute. Unidad de medida de Flujo o Caudal. Capacidad del compresor. Cubic Feet per minute = pies3/min 1 CFM = 7,48 Galones por minuto (GPM) 1 CFM = 1 ft3 / min = 28,32 litros por minuto (lt/min)
PSI: Pound square inche = libras/pulgada2 1 Bar = 14,5 PSI 1 Kg/cm2 = 14,22 PSI 1 Atm = 14,699 PSI
RPM: Revoluciones o vueltas / minuto Velocidad de rotación de un eje.
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Geología: Parte de las ciencias naturales que estudia las características físicas de la tierra; su forma, constitución y origen. La geología abarca una serie de ciencias como son la mineralogía, cristalografía, petrografía, morfología, geodinámica, entre otras.
Andesita Roca de origen volcánico, de tipo ígnea extrusiva.
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Diorita Roca ígnea de tipo intrusiva
Altitud Se define como la diferencia de cota entre el nivel del mar y el punto geográfico donde operará el compresor. Altura Es la diferencia de cota entre dos puntos geo-gráficos relativos en donde
no
se
toma
como
referencia base el nivel del mar.
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Barra aire reverso Es un conjunto de tubos (interior y exterior), en donde el tubo exterior
traslada
el
aire
comprimido desde el compresor hacia la herramienta (HTA) y el empuje y la rotación desde la unidad de rotación de la sonda hasta el martillo (bit) o tricono; y por el tubo interior, se traslada la muestra
hacia
el
exterior,
mediante la acción de retorno del aire comprimido hacia el ciclón. Bit Herramienta perforar percusión,
utilizada
por
abrasión
con
lo
cual
para y se
recuperan las muestras en forma de cutting. Pueden ser martillos de
percusión
o
triconos
de
rotación.
Revestimiento Cañería que sirve para proteger las paredes del sondaje en casos de derrumbes en sobrecarga, prevenir pérdidas de agua y para reducir el diámetro del pozo cuando se desea continuar el sondaje con un diámetro de barra inferior.
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Tricono Herramienta de rotación utilizada para
perforar
por
trituración
o
molienda, con la cual se recuperan las muestras en
forma de polvo,
cutting o recortes.
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