COLUMNA O SARTA DE PERFORACIÓN
|
Está
formada
por
una
serie
de
elementos
cuya
disposición
de
abajo
a
arriba
es
la
siguiente: herramienta
de
corte,
sub
o
acoplo
portaherramientas,
lastrabarrenas,
Sub
reducción
de
roscas
o
lastrabarrenas
a
varillajes, varillaje, barra
Kelly,
Varilla
de
acoplo
a
la
mesa
de
rotación
o
barra
Kelly
y
cabeza
giratoria
o
de
inyección.
Actualmente
existen
dos
sistemas
de
transmisión
de
la
energía
rotativa
a
la
sarta
de
perforación:
mediante
mesas
de
rotación
y
mediante
un
cabezal
de
rotación.
| Herramienta
de
corte |
Es
todo
elemento
en
contacto
directo
con
el
terreno,
que
al
girar
produce
la
rotura
y
desagregación
del
mismo
en
partículas
pequeñas,
que
puedan
ser
arrastradas
a
la
superficie
por
la
circulación
del
fluido
o
lodo
de
perforación.
Existe
una
gran
diversidad
de
tipos
(triconos,
trialetas,
policones),
diseños
y
tamaños
de
las
herramientas
de
corte,
adaptados
a
los
distintos
terrenos
a
perforar.
Las
más
utilizadas
son
las barrenas de rodillos móviles
y
las herramientas del tipo de
"cola de pez" y sus variantes o perfeccionamientos.
|
Las
barrenas
de
rodillos
móviles
aparecen
formadas
por
un
cuerpo
fijo
que
sirve
para
unirlo
al
varillaje
por
medio
de
rosca
y
para
soportar
a
los
rodillos
(los
verdaderos
elementos
de
corte).
Según
se
tengan
dos,
tres,
cuatro
o
más
elementos
se
denominan
biconos,
triconos,
cuatriconos,
etc,
atendiendo
en
último
caso
a
la
forma
cónica
de
los
rodillos
que
suelen
denominarse
"piñas".
Prácticamente
se
usan
en
exclusiva
los triconos,
nombre
que
se
suele
utilizar
para
dispositivos
con
dos
o
más
de
tres
conos. |
Tricono |
La
parte
fija
o
cuerpo
de
los
mismos
disponen
en
su
interior
de
unos
orificios
con
el
objeto
de
favorecer
la
circulación
del
fluido
de
perforación
dispuestos
de
forma
que
sirven
para
limpiar
y
refrigerar
eficazmente
las
partes
móviles
o
piñas
de
las
herramientas.
Los
rodillos
o
piñas
son
elementos
dentados
de
aceros
especiales,
diseñados
y
construidos
para
perforar
en
condiciones
óptimas
cada
clase
de
terreno.
Para
terrenos
blandos
las
piñas
tienen
pocos
dientes
y
son
largos,
aumentando
su
número
y
disminuyendo
su
longitud
a
medida
que
aumenta
la
dureza
del
terreno.
Esta
evolución
en
el
diseño
va
acompañada
de
una
mayor
dureza
en
el
acero
para
hacerlo
más
resistente
al
desgaste.
Cada
fabricante
tiene
sus
diseños
y
calidades,
pero
todos
deben
cumplir
las
normas
del American
Petroleum
Institute
(API),
las
cuales
también
se
aplican
a
los
diferentes
diámetros,
si
bien
no
todas
las
casas
fabrican
todos
los
diámetros
ni
la
misma
casa
todos
los
tipos.
|
Rocas
|
Diámetros
(en pulgadas)
|
|
2
3/8 regular
|
3
3/4 3 7/8 4
1/8 4 1/4 4 1/2
|
|
3
1/2 regular
|
4
5/8 4 3/4 4
7/8 5 5/8 5
3/4 5 7/8 6
6 1/8 6 1/4 6
1/2 6 5/8 6
3/4 7 3/8
|
|
4
1/2 regular
|
7
5/8 7 7/8 8
3/8 8 1/2 8
5/8 8 3/3 9
|
|
5
1/2 ó 6 5/8 regular
|
9
5/8 9 7/8 10 5/8
|
|
6
5/8 regular
|
11
12 1/4 13 3/4
|
|
6
5/8 ó 7 5/8 regular
|
1
4 3/4 15 1 /2
|
|
6
5/8 ó 8 5/8 regular
|
20
22 24 26
|
Cada
tricono,
para
trabajar
en
condiciones
óptimas,
requiere
de
un
determinado
peso
y
una
determinada
velocidad,
en
cuya
elección
intervienen
fundamentalmente
el
diámetro
del
tricono
y
la
dureza
de
los
terrenos
a
perforar.
 |
En
una
primera
aproximación
puede
establecerse
que
el
peso
debe
ser
proporcional
al
diámetro
y
a
la
dureza
de
la
formación.
Como
regla
general,
para
formaciones
intermedias,
puede
tomarse
el
que
resulte
a
razón
de
1000
kg
por
pulgada
de
diámetro.
El
peso
de
tanteo
se
conseguirá
disminuyéndolo
para
formaciones
blandas
y
aumentándolo
para
las
dura,
pero
siempre
observando
la
marcha
de
la
perforación.
|
| Recomendaciones
para
la
utilización
de
triconos
(según
Sánchez
Fresneda,
1968). |
|
La
velocidad
de
giro
debe
ser
menor
cuanto
mayor
es
el
diámetro
del
tricono
y
mayor
la
dureza
de
la
formación,
estando
también
aquella
ligada
en
el
mismo
sentido
con
el
peso
sobre
el
tricono.
Es
decir,
a
mayor
peso,
menor
velocidad.
En
los
sistemas
de
rotación
es
muy
importante
conocer
previamente
los
materiales
que
se
van
a
perforar,
especialmente
para
elegir
el
tipo
de
herramienta
de
corte,
al
existir
gran
variedad.
A
título
orientativo,
se
pueden
realizar
la
siguiente
clasificación
de
las
rocas
en
función
de
su
dureza:
|
Muy
Blando
|
Formaciones
blandas
(pizarras
arcillosas,
margas,
arcillas,
caliza
blanda),
formaciones
no
consolidadas,
etc.
|
|
Blando
|
Formaciones
de
dureza
blanda
a
media
(pizarras
arcillosas,
arcillas,
caliza
algo
más
duras
que en
el
caso
anterior).
|
|
Medio
|
Formaciones
de
dureza
media
(pizarras
duras,
calizas
duras,
dolomías).
Formaciones
algo
abrasivas
de
dureza
media
(pizarras
silíceas,
esquistos,
areniscas,
caliza
dura,
dolomías).
|
|
Duro
|
Formaciones
análogas
a las
anteriores,
más
silíceas
y más
duras,
incluyendo
cuarcitas
y
granitos.
|
|
Muy
duro y
abrasivo
|
Formaciones
muy
duras
y
abrasivas
(areniscas,
cuarcitas,
basaltos,
etc.)
|
Un
complemento
de
los
triconos
son
los
ensanchadores,
herramientas
de
corte
que
sirven
para
aumentar
el
diámetro
de
una
perforación
ya
efectuada.
Constan
de
un
cuerpo
fijo
que
mediante
rosca
se
une
al
varillaje
y
que
soporta
en
su
extremo
final,
un
tricono,
también
roscado,
que
hace
de
piloto
en
el
avance,
y
lateralmente
3
ó
más
rodillos,
también
móviles,
que
son
los
que
realizan
el
trabajo
de
ensanche.
Diámetro
perforación
(en pulgadas) |
Ensanche
máximo
(en pulgadas) |
| 7
7/8'' |
12
1/4'' |
| 9'' |
13
3/4'' |
| 9'' |
15'' |
| 9
5/8'' |
17
1/2'' |
| 10
5/8'' |
18
1/2'' |
| 12'' |
20'' |
| 13
3/4'' |
22'' |
| 16'' |
24'' |
| 20'' |
28'' |
|
El
empleo
de
ensanchadores
se
hace
necesario
a
medida
que
aumenta
el
diámetro
perseguido
en
la
perforación
y
disminuye
el
par
de
torsión
de
la
máquina
perforadora.
Solo
si
las
máquinas
son
muy
potentes,
se
puede
perforar
de
una
sola
vez,
por
lo
que
a
partir
de
ciertas
profundidades,
con
diámetros
superiores
a
12
1/4''
(311
mm)
es
preciso
recurrir
a
uno
o
varios
ensanches
una
vez
perforado
previamente
con
el
mayor
diámetro
adecuado
a
la
máquina
empleada
y
al
terreno
a
atravesar.
|
|
| Sub
o
acoplo
portaherramientas |
A
las
herramientas
de
corte
de
rodillos
móviles
se
pueden
añadir
los escariadores.
Estos
sirven
para
mantener
y
perfilar
el
diámetro
de
una
perforación.
Su
empleo
es
en
general
muy
conveniente
antes
de
proceder
a
realizar
entubaciones
en
una
perforación,
y
casi
imprescindible
cuando,
como
es
frecuente,
los
diámetros
del
programa
de
entubaciones
están
ajustados
en
relación
con
los
diámetros
de
la
perforación.
Al
igual
que
los
triconos
y
ensanchadores,
están
formados
por
un
cuerpo
fijo
y
unos
rodillos
móviles,
que
están
dispuestos
lateralmente,
alrededor
del
cuerpo,
normalmente
en
número
de
tres.
| Diámetro pozo |
escariador |
| diámetro mínimo |
diámetro máximo |
| 5 5/8 |
5 1/2 |
5 7/8 |
| 5 7/8 |
5 7/8 |
6 |
| 6 a 6 1/4 |
5 7/8
6 1/8 |
6 1/4
6 1/4 |
| 6 5/8 a 6 3/4 |
5 5/8 |
7 |
| 7 1/2 a 7 7/8 |
7 1/2 |
7 7/8 |
| 7 1/2 a 7 7/8 |
7 5/8 |
7 7/8 |
| 8 3/8 a 8 5/8 |
8 1/4 |
8 5/8 |
| 8 1/2 a 8 3/4 |
8 1/2 |
8 3/4 |
| 8 3/4 a 9 |
8 3/4 |
9 1/4 |
| 9 5/8 a 9 7/8 |
9 1/2 |
9 7/8 |
| 10 5/8 a 11 |
10 1/2
10 3/4 |
11
11 3/4 |
| 12 1/4 |
12 |
12 1/2 |
| 13 3/4 |
13 1/4 |
14 |
| 14 3/4 |
14 1/4 |
15 1/4 |
| 15 |
15 |
16 |
| 17 1/2 a 18 |
16 1/2 |
18 5/8 |
| 18 1/2 a 20 |
18 1/2 |
21 |
| 20 |
19 1/2 |
21 1/2 |
| 22 |
20 1/4 |
22 1/2 |
| 22 a 24 |
21 3/4 |
24 |
| 26 |
24 1/2 |
27 3/8 |
En
formaciones
arenosas
no
cementadas
,
con
mayor
o
menor
contenido
en
arcilla
y
en
terrenos
plásticos
blandos
se
utiliza
unas
herramientas
conocidas
como colas de pez
y
sus
variantes,
ya
que
en
este
tipo
de
materiales
los
triconos
se
atascan,
perdiendo
sus
condiciones
de
corte
y
por
tanto
de
avance.
En
el
interior
de
las
colas
de
pez
existe
un
orificio
que
permite
el
paso
del
fluido
o
lodo
de
perforación.
Su
avance
suele
ser
rápido,
en
parte
por
el
tipo
de
terreno
en
el
que
trabajan,
produciendo
mucho
detritus
para
cuya
extracción
es
necesario
un
caudal
grande
de
lodo,
sobre
todo
cuando
el
diámetro
es
grande
y
así
poder
mantener
una
velocidad
mínima
adecuada
para
su
arrastre. |
| Lastrabarrenas
|
Son
barras
huecas
de
pared
muy
gruesa,
cuyo
fin
es
proporcionar
peso
al
útil
de
corte,
permitiéndole
de
éste
modo
trabajar
en
las
mejores
condiciones
para
que
su
avance
sea
el
óptimo
en
cada
clase
de
terreno.
Se
colocan
inmediatamente
encima
del
útil
de
corte.
Otra
de
sus
funciones
es
colaborar
en
el
mantenimiento
de
la
verticalidad
del
pozo,
por
su
propia
rigidez
y
por
bajar
el
centro
de
gravedad
de
la
columna
de
perforación,
con
lo
cual
ésta
trabaja
extendida
en
vez
de
comprimida,
evitando
así
la
tendencia
del
útil
de
corte
a
desviarse
cuando
el
varillaje
flecta
o
pandea
al
estar
comprimido.
Están
construidos
con
aceros
de
alta
calidad
(acero
de
aleación
al
cromo-molibdeno,
con
dureza
Brinnell
280-320)
respondiendo
a
las
especificaciones
API.
Puede
ser
toda
la
pieza
del
mismo
material
o
estar
formados
por
una
barra
central
y
dos
extremos
soldados
de
acero
de
calidad
superior,
mecanizados
con
las
roscas
macho
y
hembra
correspondientes.
Siempre
que
la
línea
de
tiro
y
torre
de
la
máquina
perforadora
lo
permitan,
se
deben
usar
los
lastrabarrenas
de
mayor
diámetro
compatible
con
el
de
la
perforación,
facilitando
de
éste
modo
la
disminución
del
pandeo
y
la
fatiga
del
material.
El
aumento
del
diámetro
de
los
lastrabarrenas
debe
llevar
consigo
la
disminución
de
la
velocidad
de
rotación.
Los
lastrabarrenas
más
corrientes
son
de
sección
circular,
aunque
también
los
hay
de
sección
cuadrada
y
otros
formados
por
barras
helicioidales.
Lo
normal
es
que
sean
de
9
m
de
longitud,
aunque
para
trabajos
de
pozo
para
agua
es
frecuente
usarlos
de
6
m,
e
incluso
de
hasta
de
3
m,
por
no
tener
algunas
máquinas
capacidad,
ni
en
altura
de
la
torre
ni
en
potencia
del
cabrestante
y
línea
de
tiro,
para
manejar
lastrabarrenas
de
mayor
longitud.
|
| Varillaje |
Está
formado
por
varillas
huecas
de
acero,
roscadas
en
los
extremos
por
donde
se
unen
unas
a
otras.
El
varillaje
se
utiliza
para
suspender
el
útil
de
corte
y
los
lastrabarrenas,
transmitir
el
movimiento
de
giro
que
le
proporciona
la
mesa
de
rotación
y
conducir
por
su
interior
el
fluido
de
la
perforación.
Es
imprescindible
que
el
varillaje
trabaje
estriado.
Asimismo,
es
conveniente
saber
que
el
punto
neutro
de
la
columna
de
perforación
debe
estar
siempre
dentro
de
los
lastrabarrenas,
ya
que
son
más
resistentes
y
no
dentro
del
varillaje,
que
es
un
elemento
mucho
más
débil.
El
punto
neutro
es
donde
cambian
los
esfuerzos
de
tracción
a
compresión,
teniendo
en
cuenta
el
empuje
del
lodo,
que
quita
peso
a
los
lastrabarrenas.
Suele
considerarse
de
forma
aproximada
un
peso
efecto
de
0,85
del
peso
sin
sumergir.
La
calidad
del
acero
de
las
varillas
está
especificada
en
las
normas
API,
estando
establecidos
dos
grados,
denominados
D
y
E.
Hay
dos
tipos
de
varilla
con
dimensiones
API
normalizadas,
dependiendo
de
si
tiensen
la
recalcadura
en
las
uniones
(tool-joint)
hacia
afuera
o
hacia
adentro:
(1)
de
recalcadura
externa
(external
upset)
y
(2)
de
recalcadura
interna
(internal
uopset).
|
Características
|
grado D |
grado E |
|
Límite
elástico
(kg/cm2)
|
38,7 |
52,7 |
|
Carga
de
rotura
(kg/cm2)
|
66,8 |
70,3 |
|
Alargamiento (%)
|
18 |
18 |
Las
varillas
más
usadas
en
la
perforación
de
pozos
para
agua
son
las external
upset,
en
los
diámetros
2
7/8''
y
3
1/2''
y
de
manera
especial
las
del
primer
diámetro.
En
longitud
existen
dos
tamaños
de
varillas
normalizadas.
Las
denominadas
rangos
A
(6,10
m)
y
B
(
9,15
m).
En
pozos
de
agua
se,
emplea
preferentemente
las
del
modelo
A,
mientras
que
en
prospección
petrolífera
las
más
usadas
son
las
del
modelo
B.
La
unión
entre
varillas
se
hace
por
medio
de
un
manguito
roscado
(tool-joint),
existiendo
3
tipos
denominados
REG
(regular),
FH
(full-hole)
e
IF
(internal-flush)
que
responden
también
a
las
especificaciones
API.
En
la
perforación
de
pozos
para
agua
se
emplea
principalmente
el
internal
flush.
|
| Barra
Kelly |
También
llamada barra conductora,
de
ella
depende
toda
la
columna
de
perforación.
Su
función
es
transmitir
el
giro
que
le
proporciona
la
mesa
de
rotación
al
varillaje,
permitir
su
descenso
y
ascenso,
así
como
conducir
por
su
interior
el
fluido
de
perforación
que
ha
de
circular
por
todo
el
varillaje.
En
su
extremo
superior
va
enroscada
la
cabeza
giratoria
de
inyección
que
a
su
vez
sirve
para
suspender
toda
la
columna
de
perforación.
En
su
extremo
inferior
se
enrosca
la
primera
varilla
de
la
columna
mediante
la
interposición
de
un
acoplo
que
es
el
que
sufre
el
desgaste
de
todas
las
maniobras
de
roscado
cada
vez
que
se
añade
o
quita
una
nueva
varilla
a
la
columna,
impidiendo
el
deterioro
de
la
propia
barra
Kelly.
La
barra
Kelly
pasa
por
el
alojamiento
que
con
este
fin
tiene
la
corona
de
la
mesa
de
rotación,
por
el
cual
se
desliza
al
hacer
las
maniobras
de
descenso
o
extracción
de
la
columna
de
perforación.
La
sección
de
la
barra
conductora
o
Kelly
puede
ser
hexagonal,
cuadrada
o
circular
con
dos
o
más
cheveteros
semicirculares.
La
longitud
debe
ser
algo
superior
a
la
correspondiente
a
las
varillas
que
se
empleen.
|
| Cabeza
giratoria |
Pieza
con
una
triple
función:
(1)
suspender
la
columna
durante
el
trabajo
de
perforación,
(2)
permitir
al
mismo
tiempo
el
giro
del
varillaje
y
(3)
hacer
posible
el
paso
del
fluido
de
perforación
desde
la
manguera
de
impulsión
de
la
bomba
a
la
columna
de
perforación
mientras
ésta
está
girando
y
avanzando.
Está
compuesta
de
dos
partes:
una
superior
sujeta
al
cable
sustentador
y
otra
inferior
roscada
a
la
barra
Kelly,
que
puede
girar
independientemente
merced
a
unos
rodamientos
de
bolas
o
rodillos
de
gran
capacidad
de
resistencia
al
empuje
axial
(o
vertical)
ya
que
de
él
pende
toda
la
columna
de
perforación,
que
puede
llegar
a
pesar
fácilmente
hasta
80
Tm
en
pozos
para
agua
y
hasta
300
Tm
en
los
de
petróleo,
o
incluso
más.
Como
la
cabeza
giratoria
de
inyección
y
suspensión
tiene
que
permitir,
mientras
la
columna
gira,
el
paso
del
fluido
de
la
perforación,
la
unión
de
las
dos
partes
de
las
que
se
compone
la
cabeza
giratoria
tiene
que
ser
estanca,
por
lo
que
van
dotadas
de
una
junta
hermética
de
caucho,
fibra
sintética
o
similar,
de
gran
calidad,
toda
vez
que
a
la
presión
a
que
trabaja
el
circuito
de
lodos
(normalmente
de
unos
20
kg/cm2,
pudiendo
llegar
en
algunos
momentos
o
situaciones
a
30
kg/cm2)
evitando
que
se
produzcan
fugas
del
fluido
que
salgan
al
exterior
o
dañen
a
los
cojinetes
por
su
alto
poder
de
abrasión.
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SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE
ENERGÍA A LA SARTA DE PERFORACIÓN
M. La mayor
parte de los equipos, sobre todos los de mayor capacidad, transmiten el
movimiento rotativo mediante mesas de rotación. Este elemento lleva en su
eje un hueco ajustado a la sección de la barra Kelly.
Suelen ser elementos abatibles o incluso totalmente desmontables, para
permitir las operaciones de entubación. Por esta razón requieren de otro
elemento para soportar el peso de la sarta de perforación, y al mismo
tiempo, conectar el circuito del fluido de perforación en el tren de varillaje,
que es el denominado giratoria de inyección y que está soportado
por un cabrestante y debe tener capacidad para soportar grandes cargas a
considerables revoluciones.
Su principal ventaja radica en su elevado par de rotación, su capacidad
para trabajar a mayor rango de velocidad y la sencillez de su
mecánica.
- Cabezal de rotación. Consiste
en un elemento de accionamiento mecánico-hidráulico que se desplaza a lo
largo de la torre de perforación gracias a cilindros hidráulicos y/o
transmisiones de cadenas. Este sistema se instala en la mayoría de las
perforaciones modernas. Disponen de capacidad de empuje sobre la herramienta
de corte, importante en la primera fase de perforación, mientras que en las
otras perforadoras apenas existe peso disponible. También disponen de mejor
control sobre el peso, mayor velocidad de maniobras (los cabezales suelen
tener capacidad para autoalimentarse y roscar nuevas varillas) y precisan de
menor número de operarios ya que el manejo es más automatizado.
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