PerforacinCaptulo 3

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Indice Pgina

Introduccin

I. El Metodo Original de Perforacin

El sistema a percusin Ventajas y desventajas de la perforacin a percusin

II. Perforacin Rotatoria

Seleccin del rea para perforar Componentes del taladro de perforacin rotatoria La planta de fuerza motriz El sistema de izaje

El malacateEl cable de perforacinLa cabria de perforacinEl aparejo o polipasto

El sistema rotatorioLa mesa rotatoria o colisaLa junta giratoriaLa junta kelly

La sarta de perforacinLa barrena de perforacinTipos de barrenasLa tubera lastrabarrenaLa tubera de perforacin

El sistema de circulacin del fluido de perforacinLas bombas de circulacinDe la bomba a la junta giratoriaEl fluido de perforacinFunciones del fluido de perforacinTipos de fluidos de perforacin

Fluido de perforacin a base de aguaFluido de perforacin a base de petrleoOtros tipos de fluidos de perforacin

Control del fluido de perforacin

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III. Aplicaciones de la Perforacin Rotatoria

El hoyo o pozo vertical El pozo direccional Aplicaciones de la perforacin direccional Conceptos econmicos y aplicaciones

tcnicas avanzadas de pozos desviados Apreciaciones y cambios resultantes de la nueva

tecnologa en perforacin Apreciaciones sobre los parmetros del hoyo

horizontal El hoyo de dimetro reducido

IV. Sartas de Revestimiento y Cementacin

Funciones de las sartas Factores tcnicos y econmicos Clasificacin de las sartas

La sarta primariaLas sartas intermediasLa sarta final y de produccin

Caractersticas fsicas de la tubera revestidoraElongacinAplastamientoEstallido

Cementacin de sartas y otras aplicaciones de la cementacin

Funciones de la cementacin primariaCementacin forzada

Aditamentos para la cementacin de sartasLa zapata de cementacinLa unin o cuello flotadorUnin o cuello flotador (cementacin por etapas)CentralizadoresRaspadores

V. Operaciones de Perforacin en Aguas Costafuera

El ambiente La tecnologa

VI. Operaciones de Pesca

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VII. Arremetida, Reventn e Incendio

VIII. Problemas Latentes durante la Abertura del Hoyo

IX. Informe Diario de Perforacin

X. Terminacin del Pozo

XI. Clasificacin de Pozos Terminados

XII. Tabla de Conversin

Referencias Bibliogrficas

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Introduccin

...para que las reciba de mi mano y me sirvan deprueba de que yo (Abraham) he abierto este pozo.

(Gnesis XXI:30).

El abrir pozos de agua, con imple-mentos rudimentarios manuales, se remonta atiempos inmemoriales. En ocasiones, la bs-queda de aguas subterrneas tropezaba con lainconveniencia de hallar acumulaciones pe-trolferas someras que trastornaban los deseosde los interesados; el petrleo careca entoncesde valor.

Con la iniciacin (1859) de la indus-tria petrolera en los Estados Unidos de Am-rica, para utilizar el petrleo como fuente deenerga, el abrir pozos petrolferos se torn entecnologa que, desde entonces hasta hoy, havenido marcando logros y adelantos en la di-versidad de tareas que constituyen esta rama de

la industria. La perforacin confirma las pers-pectivas de descubrir nuevos yacimientos, de-ducidas de la variedad de informaciones obte-nidas a travs de la aplicacin de conocimien-tos de exploracin: Ciencias de la Tierra.

I. El Mtodo Original de Perforacin

El sistema a percusinLa industria petrolera comenz en

1859 utilizando el mtodo de perforacin apercusin, llamado tambin a cable. Se iden-tific con estos dos nombres porque para des-menuzar las formaciones se utiliz una barrade configuracin, dimetro y peso adecuado,sobre la cual se enrosca una seccin adicionalmetlica fuerte para darle ms peso, rigidez yestabilidad. Por encima de esta pieza se enros-ca un percutor eslabonado para hacer efectivoel momento de impacto (altura x peso) de labarra contra la roca. Al tope del percutor va

Oligoceno

Margarita

CumanAnacoBarcelona

Las Mercedes

mar Caribe

CaracasMaracay

ValenciaBarquisimetoLagunillasMene Grande

Alto El Bal

MaracaiboLa Paz

Pedernales

Post - Mioceno

Mioceno

Oligoceno

Eoceno

Cretceo

Paleozoico

Paleozoico

Mioceno

Eoceno

Cretceo

Cretceo

Paleozoico

Precmbrico

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Paleozoico

Trisico Oligoceno

Mioceno

Plioceno

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Fig. 3-1. Columna geolgica de las cuencas sedimentarias del lago de Maracaibo, Barinas-Apure y Oriente.

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conectado el cable de perforacin. Las herra-mientas se hacen subir una cierta distancia paraluego dejarlas caer libremente y violentamentesobre el fondo del hoyo. Esta accin repetitivadesmenuza la roca y ahonda el hoyo.

Ventajas y desventajas de la perforacina percusin

El uso de la perforacin a percusinfue dominante hasta la primera dcada del si-glo XX, cuando se estren el sistema de perfo-racin rotatoria.

Muchos de los iniciados en la perfo-racin a percusin consideraron que para per-forar a profundidad somera en formacionesduras, este sistema era el mejor. Adems, re-calcaban que se poda tomar muestras grandesy fidedignas de la roca desmenuzada del fon-do del hoyo. Consideraron que esta perfora-cin en seco no perjudicaba las caractersticasde la roca expuesta en la pared del hoyo. Ar-gumentaron tambin que era ms econmico.

Sin embargo, la perforacin a percu-sin es lenta cuando se trata de rocas muy du-ras y en formaciones blandas la efectividad dela barra disminuye considerablemente. La cir-cularidad del hoyo no es lisa por la falta decontrol sobre el giro de la barra al caer al fon-do. Aunque la fuerza con que la barra golpeael fondo es poderosa, hay que tomar en cuen-ta que la gran cantidad de material desmenu-zado en el fondo del hoyo disminuye la efecti-vidad del golpeteo y reduce el avance de laperforacin. Si el hoyo no es achicado oportu-namente y se contina golpeando el materialya desmenuzado lo que se est haciendo esvolver polvillo ese material.

Como se perfora en seco, el mtodono ofrece sostn para la pared del hoyo y, porende, proteccin contra formaciones que porpresin interna expelen sus fluidos hacia elhoyo y luego, posiblemente, hasta la superfi-cie. De all la facilidad con que se producanreventones, o sea, el flujo incontrolable de los

Golfo Triste Cuenca de Cariaco

Norte de Paria

ensenadade La Vela

Cuenca de Falcn

Cuenca de Maracaibo

Cuenca del golfo de Venezuela

Faja del Orinoco

plataforma

continental

Subcuencade La Guajira

Cordi

llera

de Lo

s And

es

Subcuenca de Barinas

Cuenca de Apure

Subcuenca de Aroa

mar Caribe

Ens. de Barcelona

Subcuenca del Tuy

Subcuenca de Gurico

Cuenca Oriental de VenezuelaSubcuenca de Maturn

Subcuenca de Cubagua

plataforma deltana

Subcuenca del golfo de Paria

Cerro Negro

HamacaZuataMachete

cinturn ferrfero

Zonaen

reclamacin

plataforma continental

Colombia

Fig. 3-2. Cuencas sedimentarias y provincias costafuera (MEM-PODE, 1995, p. 31).

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pozos al penetrar la barra un estrato petrol-fero o uno cargado de agua y/o gas con exce-siva presin.

No obstante todo lo que positiva onegativamente se diga sobre el mtodo de per-foracin a percusin, la realidad es que porms de setenta aos fue utilizado provechosa-mente por la industria.

Figs. 3-3 y 3-4. Componentes del equipo de perforacin a percusin.

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tornillo de temple

cable de perforacin

piso

percusor

conector

barrena

1. Mquina de vapor2. Correas de transmisin3. Cable para achicar4. Malacate5. Malacate de transmisin6. Malacate para carga pesada7. Malacate para cable de perforacin8. Biela9. Eje conector10. Viga maestra (balancn)11. Puntal mayor12. Bases de la torre13. Stano14. Patas de la torre15. Travesaos16. Cornisa17. Poleas

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II. Perforacin RotatoriaLa perforacin rotatoria se utiliz por

primera vez en 1901, en el campo de Spindle-top, cerca de Beaumont, Texas, descubiertopor el capitn Anthony F. Lucas, pionero de laindustria como explorador y sobresaliente in-geniero de minas y de petrleos.

Este nuevo mtodo de perforar trajoinnovaciones que difieren radicalmente del sis-tema de perforacin a percusin, que por tantosaos haba servido a la industria. El nuevo equi-po de perforacin fue recibido con cierto recelopor las viejas cuadrillas de perforacin a percu-sin. Pero a la larga se impuso y, hasta hoy, noobstante los adelantos en sus componentes ynuevas tcnicas de perforacin, el principio b-sico de su funcionamiento es el mismo.

Las innovaciones ms marcadas fue-ron: el sistema de izaje, el sistema de circula-cin del fluido de perforacin y los elementoscomponentes de la sarta de perforacin.

Seleccin del rea para perforarEl rea escogida para perforar es pro-

ducto de los estudios geolgicos y/o geofsicoshechos anticipadamente. La intencin primor-dial de estos estudios es evaluar las excelentes,buenas, regulares o negativas perspectivas delas condiciones geolgicas del subsuelo paraemprender o no con el taladro la verificacin denuevos campos petrolferos comerciales.

Generalmente, en el caso de la ex-ploracin, el rea virgen fue adquirida con an-terioridad o ha sido asignada recientemente ala empresa interesada, de acuerdo con las le-yes y reglamentos que en Venezuela rigen lamateria a travs del Ministerio de Energa yMinas, y de los estatutos de Petrleos de Vene-zuela S.A. y los de sus empresas filiales, deacuerdo con la nacionalizacin de la industriapetrolera en Venezuela, a partir del 1 de ene-ro de 1976.

Los otros casos generales son que elrea escogida pueda estar dentro de un reaprobada y se desee investigar la posibilidad deyacimientos superiores o perforar ms profun-do para explorar y verificar la existencia denuevos yacimientos. Tambin se da el caso deque el rea de inters est fuera del rea pro-bada y sea aconsejable proponer pozos deavanzada, que si tienen xito, extienden elrea de produccin conocida.

Componentes del taladro de perforacinrotatoria

Los componentes del taladro son: La planta de fuerza motriz. El sistema de izaje. El sistema rotatorio. La sarta de perforacin. El sistema de circulacin de fluidos

de perforacin.En la Figura 3-6 se podr apreciar la dis-

posicin e interrelacin de los componentesmencionados. La funcin principal del taladroes hacer hoyo, lo ms econmicamente posi-ble. Hoyo cuya terminacin representa unpunto de drenaje eficaz del yacimiento. Loideal sera que el taladro hiciese hoyo todo eltiempo pero la utilizacin y el funcionamientodel taladro mismo y las operaciones conexaspara hacer y terminar el hoyo requieren haceraltos durante el curso de los trabajos. Enton-

Fig. 3-5. Los pioneros de la perforacin rotatoria evaluando unantiguo modelo de barrena.

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1. Cilindros para aire2. Impiderreventones3. Base para la pata4. Brida del cabezal5. Engranajes de transmisin6. Cruceta de acoplamiento7. Cornisa (poleas fijas)8. Cabria o torre9. Refuerzo diagonal (travesao)10. Piso de la torre11. Pata de la cabria12. Malacate13. Motores (diesel, gas, elctricos)14. Caballete15. Travesao (horizontal)16. Conexin acodada17. Guardacadena18. Guardatransmisin (de la colisa)19. Guardatransmisin (de las bombas)20. Freno hidrulico21. Junta kelly22. Tubera de colmado (fluido de perforacin)23. Tuberas de descarga (bombas del fluido de perforacin)24. Cable de perforacin

(enlaza malacate-cornisa-bloque viajero)25. Hoyo de encaje (para tubos de perforacin)26. Batidores fijos, fluido de perforacin27. Batidor giratorio, fluido de perforacin28. Mltiple de la tubera del fluido de perforacin29. Tolva (para mezclar fluido de perforacin)30. Canal del descarga, fluido de perforacin31. Tubera de descarga, fluido de perforacin32. Conexiones entre tanques del fluido de perforacin33. Piso de la subestructura de motores34. Hoyo de descanso (kelly)35. Gancho polea viajera36. Manguera del fluido de perforacin

(empalme junta rotatoria-subiente)37. Cadena de seguridad de la manguera del fluido

de perforacin38. Colisa39. Encuelladero40. Tanque de asentamiento del fluido de perforacin41. Cernidor vibratorio de ripio y fluido de perforacin42. Bombas del fluido de perforacin43. Subiente (tubera para mandar fluido de perforacin al hoyo)44. Escalera45. Subestructura de la cabra46. Subestructura del malacate47. Subestructura de la rampa48. Tubera de succin de fluido de perforacin49. Tanque para succionar fluido de perforacin50. Cmara de amortiguacin (fluido de perforacin)51. Junta giratoria52. Asa de la junta giratoria53. Bloque viajero54. Tubera para suministro de agua.

Fuente: Galveston - Houston Co., Petroleum Engineer International, march, 1981.

Fig. 3-6. Componentes del taladro de perforacin rotatoria.

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ces, el tiempo es primordial e influye en laeconoma y eficiencia de la perforacin.

La planta de fuerza motrizLa potencia de la planta debe ser su-

ficiente para satisfacer las exigencias del siste-ma de izaje, del sistema rotatorio y del sistemade circulacin del fluido de perforacin.

La potencia mxima terica requeri-da est en funcin de la mayor profundidadque pueda hacerse con el taladro y de la cargams pesada que represente la sarta de tubosrequerida para revestir el hoyo a la mayorprofundidad.

Por encima de la potencia tericaestimada debe disponerse de potencia adicio-nal. Esta potencia adicional representa un fac-tor de seguridad en casos de atasque de la tu-bera de perforacin o de la de revestimiento,durante su insercin en el hoyo y sea necesa-rio templar para librarlas. Naturalmente, la to-rre o cabria de perforacin debe tener capaci-dad o resistencia suficientes para aguantar latensin que se aplique al sistema de izaje.

La planta consiste generalmente dedos o ms motores para mayor flexibilidad deintercambio y aplicacin de potencia por en-granaje, acoplamientos y embragues adecua-dos a un sistema particular.

As que, si el sistema de izaje requie-re toda la potencia disponible, sta puede utili-zarse plenamente. De igual manera, durante laperforacin, la potencia puede distribuirse en-tre el sistema rotatorio y el de circulacin delfluido de perforacin.

La siguiente relacin da una idea deprofundidad y de potencia de izaje (caballos defuerza, c.d.f. o H.P.) requerida nominalmente.

El tipo de planta puede ser mecni-ca, elctrica o electromecnica. La seleccin sehace tomando en consideracin una variedadde factores como la experiencia derivada deluso de uno u otro tipo de equipo, disponibili-dad de personal capacitado, suministros, re-puestos, etc. El combustible ms usado es die-sel pero tambin podra ser gas natural o GLP(butano). La potencia de izaje deseada y, porende, la profundidad mxima alcanzable depen-de de la composicin de la sarta de perforacin.

El sistema de izajeDurante cada etapa de la perfora-

cin, y para las subsecuentes tareas comple-mentarias de esas etapas para introducir en elhoyo la sarta de tubos que reviste la pared delhoyo, la funcin del sistema izaje es esencial.

Meter en el hoyo, sostener en el ho-yo o extraer de l tan pesadas cargas de tubos,requiere de un sistema de izaje robusto, consuficiente potencia, aplicacin de velocidadesadecuadas, freno eficaz y mandos seguros queFig. 3-7. Motores componentes de una planta de fuerza.

Tabla 3-1. Profundidad y potencia de izajerequerida

Profundidad Potencia de izaje(m) (c.d.f.)

1.300 - 2.200 5502.100 - 3.000 7502.400 - 3.800 1.0003.600 - 4.800 1.5003.600 - 5.400 2.1003.900 - 7.600 2.5004.800 - 9100 3.000

C a p t u l o 3 - P e r f o r a c i n 95

garanticen la realizacin de las operaciones sinriesgos para el personal y el equipo.

Los componentes principales del sis-tema de izaje son:

El malacateUbicado entre las dos patas traseras

de la cabria, sirve de centro de distribucin depotencia para el sistema de izaje y el sistemarotatorio. Su funcionamiento est a cargo delperforador, quien es el jefe inmediato de lacuadrilla de perforacin.

El malacate consiste del carrete prin-cipal, de dimetro y longitud proporcionalessegn el modelo y especificaciones generales.El carrete sirve para devanar y mantener arro-llados cientos de metros de cable de perfora-cin. Por medio de adecuadas cadenas detransmisin, acoplamientos, embragues y man-dos, la potencia que le transmite la planta defuerza motriz puede ser aplicada al carreteprincipal o a los ejes que accionan los carretesauxiliares, utilizados para enroscar y desen-roscar la tubera de perforacin y las de reves-timiento o para manejar tubos, herramientaspesadas u otros implementos que sean necesa-rios llevar al piso del taladro. De igual manera,la fuerza motriz puede ser dirigida y aplicada ala rotacin de la sarta de perforacin.

La transmisin de fuerza la hace elmalacate por medio de la disponibilidad deuna serie de bajas y altas velocidades, que elperforador puede seleccionar segn la magni-tud de la carga que representa la tubera en unmomento dado y tambin la ventaja mecnicade izaje representada por el nmero de cablesque enlazan el conjunto de poleas fijas en lacornisa de la cabria con las poleas del bloqueviajero.

El malacate es una mquina cuyasdimensiones de longitud, ancho y altura varan,naturalmente, segn su potencia. Su peso pue-de ser desde 4,5 hasta 35,5 toneladas, de acuer-do con la capacidad de perforacin del taladro.

El cable de perforacinEl cable de perforacin, que se de-

vana y desenrolla del carrete del malacate,enlaza los otros componentes del sistema deizaje como son el cuadernal de poleas fijas ubi-cado en la cornisa de la cabria y el cuadernaldel bloque viajero.

El cable de perforacin consta gene-ralmente de seis ramales torcidos. Cada ramalest formado a su vez por seis o nueve hebrasexteriores torcidas tambin que recubren otracapa de hebras que envuelven el centro del ra-mal. Finalmente, los ramales cubren el centro oalma del cable que puede ser formado por fi-bras de acero u otro material como camo.

La torcida que se le da a los ramalespuede ser a la izquierda o a la derecha, pero

Fig. 3-8. Ejemplo de un tipo de malacate de perforacin.

Fig. 3-9. Configuracin y disposicin de los elementos del ca-ble de perforacin.

E l P o z o I l u s t r a d o96

para los cables de perforacin se prefiere a laderecha. Los hilos de los ramales pueden sertorcidos en el mismo sentido o contrario al delos ramales. Estas maneras de fabricacin delos cables obedecen a condiciones mecnicasde funcionamiento que deben ser satisfechas.

El cable tiene que ser fuerte pararesistir grandes fuerzas de tensin; tiene queaguantar el desgaste y ser flexible para que ensu recorrido por las poleas el tanto doblarse yenderezarse no debilite su resistencia; tieneque ser resistente a la abrasin y a la corrosin.

Normalmente, el dimetro de los ca-bles de perforacin es de 22 mm a 44 mm; convalores intermedios que se incrementan en3,2 mm, aproximadamente. Segn el calibre yel tipo de fabricacin del cable, su resistenciamnima de ruptura en tensin puede ser de 31a 36 toneladas, y la mxima de 75 a 139 tone-ladas. El peso por metro de cable va desde2 kg hasta 8,5 kg segn el dimetro. Por tanto,el peso de unos 100 metros de cable repre-senta 200 a 850 kg.

La cabria de perforacinSe fabrican varios tipos de cabrias:

porttil y autopropulsada, montadas en un ve-hculo adecuado; telescpicas o trpodes quesirven para la perforacin, para el reacondicio-namiento o limpieza de pozos.

La silueta de la cabria es de tipo pi-ramidal y la ms comn y ms usada es la rgi-da, cuyas cuatro patas se asientan y aseguransobre las esquinas de una subestructura metli-ca muy fuerte.

La parte superior de esta subestruc-tura, que forma el piso de la cabria, puede te-ner una altura de 4 a 8,5 metros. Esta alturapermite el espacio libre deseado para trabajarcon holgura en la instalacin de las tuberas,vlvulas y otros aditamentos de control que seponen en la boca del hoyo o del pozo.

Entre pata y pata, la distancia puedeser de 6,4 a 9,1 metros, segn el tipo de cabria,

y el rea del piso estara entre 40 y 83 metroscuadrados.

La altura de la cabria puede ser de26 a 46 metros. A unos 13, 24 27 metros delpiso, segn la altura total de la cabria, va colo-cada una plataforma, donde trabaja el encue-llador cuando se est metiendo o sacando lasarta de perforacin. Esta plataforma formaparte del arrumadero de los tubos de perfora-cin, los cuales por secciones de dos en dos(pareja) o de tres en tres (triple) se paran sobreel piso de la cabria y por la parte superior serecuestan y aseguran en el encuelladero.

La longitud total de tubera de per-foracin o de tubera de produccin que pue-da arrumarse depende del dimetro de la tube-ra. Como la carga y el rea que representanlos tubos arrumados verticalmente son gran-des, la cabria tiene que ser fuerte para resistiradems las cargas de vientos que pueden tenervelocidad mxima de 120 a 160 kilmetros porhora (km/h). Por tanto, los tirantes horizon-tales y diagonales que abrazan las patas de lacabria deben conformar una estructura firme.Por otra parte, durante la perforacin la tuberapuede atascarse en el hoyo, como tambinpuede atascarse la tubera revestidora durantesu colocacin en el hoyo. En estos casos hayque desencajarlas templando fuertemente ypor ende se imponen a la cabria y al sistemade izaje, especficamente al cable de perfora-cin, fuertes sobrecargas que deben resistirdentro de ciertos lmites.

En su tope o cornisa, la cabria tieneuna base donde se instala el conjunto de po-leas fijas (cuadernal fijo). Sobre la cornisa sedispone de un caballete que sirve de auxiliarpara los trabajos de mantenimiento que debenhacerse all.

El aparejo o polipastoPara obtener mayor ventaja mecnica

en subir o bajar los enormes pesos que represen-tan las tuberas, se utiliza el aparejo o polipasto.

C a p t u l o 3 - P e r f o r a c i n 97

Del carrete de abastecimiento sepasa el cable de perforacin por la roldana dela polea del cuadernal de la cornisa y unaroldana del bloque viajero, y as sucesivamentehasta haber dispuesto entre los dos cuaderna-les el nmero de cables deseados. La punta delcable se ata al carrete del malacate, dondeluego se devanar y arrollar la longitud decable deseado. Este cable -del malacate a lacornisa- es el cable vivo o mvil, que se enro-lla o desenrolla del malacate al subir o bajar elbloque viajero. Como podr apreciarse el cablevivo est sujeto a un severo funcionamiento,fatiga y desgaste.

El resto del cable que permanece enel carrete de abastecimiento no se corta sinoque se fija apropiadamente en la pata de la ca-bria. Este cable -de la pata de la cabria a la cor-nisa- no se mueve y se le llama cable muerto;sin embargo, est en tensin y esto es aprove-chado para colocarle un dispositivo que sirvepara indicar al perforador el peso de la tubera.

Cuando por razones de uso y des-gaste es necesario reemplazar el cable mvil,se procede entonces a desencajarlo del mala-cate, cortarlo y correrse el cable entre la poleafija y el bloque viajero, supliendo cable nuevodel carrete de almacenamiento.

Generalmente, el nmero de cablesentre el bloque fijo y el bloque viajero puedeser 4, 6, 8, 10, 12 o ms, de acuerdo al pesomximo que deba manejarse. Tambin debetomarse en consideracin el nmero de poleasen la cornisa y el bloque, y adems el dimetrodel cable y la ranura por donde corre el cableen las poleas.

El bloque viajero es una pieza muyrobusta que puede pesar entre 1,7 y 11,8 tone-ladas y tener capacidad de carga entre 58 y 682toneladas, segn sus dimensiones y especifica-ciones. Forma parte del bloque viajero un asamuy fuerte que lleva en su extremo inferior, delcual cuelga el gancho que sirve para sostener

la junta giratoria del sistema de rotacin du-rante la perforacin. Del gancho cuelgan tam-bin eslabones del elevador que sirven paracolgar, meter o sacar la tubera de perforacin.

El funcionamiento y trabajo del apa-rejo puede apreciarse por medio de los siguien-tes conceptos:

Cuando se levanta un peso por me-dio del uso de un aparejo sencillo de un solocable, el cable mvil es continuo. La velocidadde ascenso es igual en el cable que sujeta elpeso y en el cable que se arrolla en el mala-cate. De igual manera, la tensin, descartandofuerzas de friccin, es igual en ambos cables.El porcentaje de eficiencia de este simple sis-tema es 100%, lo cual puede comprobarse porla frmula:

E= 1/1,04N-1

donde N representa el nmero de cables entreel bloque fijo y el viajero. Entonces:

1 1 1E = _______ = ________ = ______ = 1 100 %

1,04N-1 1,040 1

Si el sistema tuviese cuatro cablesentre los bloques, su eficiencia en velocidadsera reducida:

1 1 1E = _______ = ________ = ______ = 0,8889

1,044-1 1,043 1,125

= 88,89 %

Pero se gana en que el peso lo so-portan cuatro cables y de acuerdo con la resis-tencia de ruptura del cable en tensin, el sis-tema permite manejar pesos mayores. Sin em-bargo, sobre la velocidad de ascenso de la car-ga, debe observarse que, en el primer caso,por cada metro de ascenso se arrollan cuatrometros en el malacate.

Con respecto a la fuerza de tensinque el malacate debe desarrollar al izar la car-ga, se aprecia que en el caso del polipasto de

E l P o z o I l u s t r a d o98

un solo cable es 100 %, o equivalente a la ten-sin que ejerce la carga. Esto se verifica por lasiguiente frmula:

1 1 1F = _________ = __________ = _________ = 1

N x E 1 x 1 1

En la que N representa el nmerode cables entre la cornisa y el bloque, y E laeficiencia calculada antes.

Para el segundo caso, el factor detensin en el cable mvil para izar la carga esmucho menor, debido a que cuatro cables en-lazan las poleas:

1 1 1F = ________ = __________ = ________ = 0,2812

N x E 4 x 0,8889 3,56

Por tanto, se podrn apreciar lasventajas mecnicas y las razones por las queen la prctica los componentes del sistema deizaje son seleccionados de acuerdo con las exi-gencias de la perforacin, que pueden ser pa-

ra un hoyo somero, o sea hasta 1.000 metros;profundo, hasta 4.500 metros; muy profundo,hasta 6.000 metros, y super profundo, de esaprofundidad en adelante.

El sistema rotatorioEl sistema rotatorio es parte esencial

del taladro o equipo de perforacin. Por me-dio de sus componentes se hace el hoyo hastala profundidad donde se encuentra el yaci-miento petrolfero.

En s, el sistema se compone de lamesa rotatoria o colisa; de la junta o unin gi-ratoria; de la junta kelly o el kelly; de la sartao tubera de perforacin, que lleva la sarta las-trabarrena, y finalmente la barrena.

La mesa rotatoria o colisaLa colisa va instalada en el centro

del piso de la cabria. Descansa sobre una basemuy fuerte, constituida por vigas de acero queconforman el armazn del piso, reforzado conpuntales adicionales.

P

P

Fig. 3-10. Cable mvil continuo. Fig. 3-11. Ms cables entre poleas menos tensin en el cablemvil.

C a p t u l o 3 - P e r f o r a c i n 99

La colisa tiene dos funciones princi-pales: impartir el movimiento rotatorio a la sar-ta de perforacin o sostener todo el peso deesta sarta mientras se le enrosca otro tubo paraseguir ahondando el hoyo, o sostener el pesode la sarta cuando sea necesario para desen-roscar toda la sarta en parejas o triples para sa-carla toda del hoyo. Adems, la colisa tieneque aguantar cargas muy pesadas durante lametida de la sarta de revestimiento en el hoyo.

Por tanto, y segn la capacidad deltaladro, la colisa tiene que resistir cargas estti-cas o en rotacin que varan segn la profundi-dad del pozo. Estas cargas pueden acusar des-de 70 hasta 1.000 toneladas. De all que la co-lisa sea de construccin recia, de 1,20 a 1,5 me-tros de dimetro, con pistas y rolineras de ace-ros de alta calidad, ya que la velocidad de ro-tacin requerida puede ser de muy pocas a500 revoluciones por minuto. Las dimensionesgenerales de ancho, largo y altura de la mesarotatoria varan segn especificaciones y surobustez puede apreciarse al considerar que supeso aproximado es de 2 a 12 toneladas.

La dimensin principal de la colisa yla que representa su clasificacin es la aperturacircular que tiene en el centro para permitir elpaso de barrenas y tuberas de revestimiento.Esta apertura nica y mxima que tiene cadacolisa permite que se les designe como de 305,445, 521, 698, 952 1.257 mm, que corres-ponden respectivamente a 12, 171/2, 201/2,271/2, 371/2, y 491/2 pulgadas de dimetro.

A la colisa se le puede impartir po-tencia de manera exclusiva acoplndole unaunidad motriz independiente. Pero general-mente su fuerza de rotacin se la imparte laplanta motriz del taladro, a travs del malacate,por medio de transmisiones, acoplamientos ymandos apropiados.

La junta giratoriaLa junta giratoria tiene tres puntos

importantes de contacto con tres de los sis-

temas componentes del taladro. Por medio desu asa, cuelga del gancho del bloque viajero.Por medio del tubo conector encorvado, quelleva en su parte superior, se une a la mangue-ra del fluido de perforacin, y por medio deltubo conector que se proyecta de su base seenrosca a la junta kelly.

Tanto por esta triple atadura y supropia funcin de sostener pesadas cargas,girar su conexin con la kelly y resistir presinde bombeo hasta 352 kg/cm3, la junta tieneque ser muy slida, contra fuga de fluido yposeer rolineras y pista de rodaje resistentes ala friccin y el desgaste. La seleccin de su ro-bustez depende de la capacidad mxima deperforacin del taladro. La junta por s solapuede pesar entre 0,5 y 3,3 toneladas.

Los adelantos en el diseo, capaci-dad y funcionamiento de las partes del taladrono se detienen. Hay innovaciones que sonmuy especiales. Tal es el invento de la junta

Fig. 3-12. Acoplando el elevador al tubo de perforacin quecuelga de la colisa para luego izar la sarta de perforacin yproseguir una ms veces con las maniobras de extraccinhasta sacar toda la sarta del hoyo.

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giratoria automotriz para eliminar la mesa rota-toria y la junta kelly que se desliza a travs deella. Adems, esta nueva junta permite que,eliminado el tramo comn de perforacin de10 metros con la junta kelly, ahora el tramopueda ser de 30 metros, lo cual representa me-jorar la eficiencia del progreso de la perfora-cin al tener menos maniobras para conectarlos tubos a la sarta. La junta automotriz tieneintegrada un motor o impulsor elctrico consuficiente potencia para imprimirle la deseadavelocidad de rotacin a la sarta de perforacin,a la cual est conectada directamente. La po-tencia puede ser de 1.000 o ms caballos defuerza segn el peso de la sarta, profundidadfinal y trayectoria del pozo, vertical o direc-cional de alto alcance o penetracin horizon-tal. La junta rotatoria automotriz sube y bajadeslizndose sobre un par de rieles paralelosasidos a la torre, los cuales forman la carrileraque comienza a tres metros del piso del tala-dro y culmina en la cornisa.

La junta kellyGeneralmente tiene configuracin

cuadrada, hexagonal, o redonda y acanalada, ysu longitud puede ser de 12, 14 16,5 metros.Su dimetro nominal tiene rangos que van de6 cm hasta 15 cm, y dimetro interno de 4 cma 9 cm. El peso de esta junta vara de 395 kg a1,6 toneladas. Esta pieza se conoce por elnombre propio de su inventor, Kelly. La mayo-ra de las veces tiene forma cuadrada; en cas-tellano le llaman el cuadrante.

La junta tiene roscas a la izquierda yla conexin inferior que se enrosca a la sartade perforacin tiene roscas a la derecha.

La kelly, como podr deducirse porsu funcin, es en s un eje que lleva un bujeespecial que encastra en la colisa y por mediode este buje la colisa le imparte rotacin. Co-mo la kelly est enroscada a la junta giratoriay sta a su vez cuelga del bloque viajero, elperforador hace bajar lenta y controladamente

el bloque viajero y la kelly se desliza a travsdel buje y de la colisa. Una vez que toda lalongitud de la kelly ha pasado por el buje, elhoyo se ha ahondado esa longitud, ya que lasarta de perforacin va enroscada a la kelly.

Para seguir profundizando el hoyo,el perforador iza la kelly, desencaja el buje dela colisa, el cual queda a cierta altura de la me-sa, para permitir que sus ayudantes, los cu-eros, coloquen cuas apropiadas entre el tu-bo superior de la sarta de perforacin y la coli-sa para que cuando el perforador baje la sartalentamente sta quede colgando segura y fir-memente de la colisa. Entonces se puede de-senroscar la kelly para agregar otro tubo deperforacin a la sarta. Agregado el nuevo tubo,se iza la sarta, se sacan las cuas y se baja laparte superior del nuevo tubo hasta la colisapara volver a acuar y colgar la sarta otra vezy luego enroscarle una vez ms la kelly, izar,sacar las cuas, encastrar el buje en la colisa,rotar y continuar as ahondando el hoyo la lon-gitud de la kelly otra vez.

Por su funcin, por las cargas estti-cas y dinmicas a que est sometida, por losesfuerzos de torsin que se le imponen, por-que su rigidez y rectitud son esenciales paraque baje libremente por el buje y la colisa, lakelly es una pieza que tiene que ser fabricadacon aleaciones de los aceros ms resistentes,muy bien forjados y adecuadamente tratadosal calor.

Durante las tareas de meter y sacarla sarta de perforacin del hoyo, es necesarioutilizar la polea viajera, su gancho y elevadorespor mucho tiempo. Por esto, la junta kelly y lajunta giratoria son entonces apartadas y la ke-lly se introduce en el hoyo de descanso, dis-puesto especialmente para este fin a distanciade la colisa en el piso del taladro.

Adems, para ganar tiempo en elmanejo y disposicin del tubo de perforacin,que desde el arrumadero y por la planchada setrae al piso del taladro para aadirlo a la sarta,

Fig. 3-13.Aspecto de una

junta kelly.

C a p t u l o 3 - P e r f o r a c i n 101

en el piso de algunos taladros se dispone deotro hoyo adicional, hoyo de conexin, paraeste fin.

La sarta de perforacinLa sarta de perforacin es una

columna de tubos de acero, de fabricacin yespecificaciones especiales, en cuyo extremoinferior va enroscada la sarta de lastrabarrenay en el extremo de sta est enroscada la ba-rrena, pieza tambin de fabricacin y especifi-caciones especiales, que corta los estratos geo-lgicos para hacer el hoyo que llegar al yaci-miento petrolfero.

A toda la sarta le imparte su movi-miento rotatorio la colisa por medio de la juntakelly, la cual va enroscada al extremo superiorde la sarta. El nmero de revoluciones por mi-nuto que se le impone a la sarta depende delas caractersticas de los estratos como tambindel peso de la sarta que se deje descansarsobre la barrena, para que sta pueda efecti-vamente cortar las rocas y ahondar el hoyo.En concordancia con esta accin mecnica dedesmenuzar las rocas acta el sistema de cir-culacin del fluido de perforacin, especial-mente preparado y dosificado, el cual se bom-bea por la parte interna de la sarta para quesalga por la barrena en el fondo del hoyo yarrastre hasta la superficie la roca desmenu-zada (ripio) por el espacio anular creado porla parte externa de la sarta y la pared del hoyo.

Del fondo del hoyo hacia arriba, lasarta de perforacin la componen esencialmen-te: la barrena, los lastrabarrena, la tubera o sar-ta de perforacin y la junta kelly, antes descrita.Adems, debe tenerse presente que los compo-nentes de las sartas siempre se seleccionan pararesponder a las condiciones de perforacindadas por las propiedades y caractersticas delas rocas y del tipo de perforacin que se deseellevar a cabo, bien sea vertical, direccional, in-clinada u horizontal. Estos parmetros indicarn

si la sarta debe ser normal, flexible, rgida o pro-vista tambin de estabilizadores, centralizado-res, motor de fondo para la barrena u otros adi-tamentos que ayuden a mantener la trayectoriay buena calidad del hoyo.

En un momento dado, la sarta pue-de ser sometida a formidables fuerzas de rota-cin, de tensin, de compresin, flexin opandeo que ms all de la tolerancia mecnicanormal de funcionamiento puede comprome-ter seriamente la sarta y el hoyo mismo. En ca-sos extremos se hace hasta imposible la extrac-cin de la sarta. Situaciones como sta puedenocasionar el abandono de la sarta y la prdidadel hoyo hecho, ms la prdida tambin deuna cuantiosa inversin.

La barrena de perforacinCada barrena tiene un dimetro es-

pecfico que determina la apertura del hoyoque se intente hacer. Y como en las tareas deperforacin se requieren barrenas de diferen-tes dimetros, hay un grupo de gran dimetroque va desde 610 hasta 1.068 milmetros, 24 a42 pulgadas, y seis rangos intermedios, paracomenzar la parte superior del hoyo y meteruna o dos tuberas de superficie de gran di-metro. El peso de esta clase de barrenas es de1.080 a 1.575 kilogramos, lo cual da idea de larobustez de la pieza.

El otro grupo de barrenas, de 36rangos intermedios de dimetro, incluye las de73 hasta 660 milmetros de dimetro, 3 a 26pulgadas, cuyos pesos acusan 1,8 a 552 kilo-gramos.

La seleccin del grupo de barrenasque ha de utilizarse en la perforacin en deter-minado sitio depende de los dimetros de lassartas de revestimiento requeridas. Por otraparte, las caractersticas y grado de solidez delos estratos que conforman la columna geol-gica en el sitio determinan el tipo de barrenasms adecuado que debe elegirse. Generalmen-

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te, la eleccin de barrenas se fundamenta en laexperiencia y resultados obtenidos en la per-foracin de formaciones muy blandas, blandas,semiduras, duras y muy duras en el rea u otrasreas. En el caso de territorio virgen, se paga elnoviciado y al correr el tiempo se ajustar laseleccin a las caractersticas de las rocas.

Tipos de barrenasOriginalmente, en los primeros aos

de utilizacin de la perforacin rotatoria, eltipo comn de barrena fue la de arrastre, fric-cin o aletas, compuesta por dos o tres aletas.La base afilada de las aletas, hechas de aceroduro, se reforzaba con aleaciones metlicasms resistentes para darle mayor durabilidad.Algunos tipos eran de aletas reemplazables.

Este tipo de barrena se comportababien en estratos blandos y semiduros, pero enestratos duros o muy duros el avance de laperforacin era muy lento o casi imposible. El

filo de la aleta o cuchilla se tornaba romo rpi-damente por el continuo girar sobre la rocadura, no obstante el peso que se impusiese ala barrena para lograr penetrar el estrato.

Al surgir la idea de obtener unamuestra cilndrica larga (ncleo) de las forma-ciones geolgicas, la barrena de aleta fue re-diseada integrndole un cilindro de menordimetro, concntrico con el dimetro mayorde la barrena. As que durante la perforacin,la barrena desmenuza la superficie circularcreada por la diferencia entre los dos dime-tros, y el ncleo, de dimetro igual al cilindrointerno de la barrena, se va cortando a medidaque la barrena cortancleo avanza.

Actualmente, el diseo y fabricacinde barrenas cortancleo satisfacen toda unagama de opciones en los tipos de aleta, de co-nos y de diamante industrial. Los dimetros va-ran desde 114 hasta 350 milmetros, 41/2 a 14pulgadas, y el ncleo obtenible puede ser de

Fig. 3-14. Tipo debarrena de conosy muestra de suspartes internas.

Fig. 3-15. Barrenatipo arrastre.

Fig. 3-16. Barrenatipo excntrica.

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28 hasta 48 milmetros de dimetro, 11/8 a 17/8pulgadas y longitudes de 1,5; 3; 4,5 metros yhasta 18 metros.

A partir de 1909, la barrena de co-nos giratorios hizo su aparicin. Este nuevo ti-po de barrena gan aceptacin bien pronto yhasta ahora es el tipo ms utilizado para perfo-rar rocas, desde las blandas hasta las duras ymuy duras. Las barrenas se fabrican de dos,tres o cuatro conos. A travs de la experienciaacumulada durante todos estos aos, el diseo,la disposicin y caractersticas de los dientesintegrales o los de forma esfrica, semiesfricao botn incrustados, tienden a que su durabili-dad para cortar el mayor volumen posible deroca se traduzca en la economa que represen-ta mantener activa la barrena en el hoyo du-rante el mayor tiempo posible.

Cada cono rota alrededor de un ejefijo que tiene que ser muy fuerte para que ca-da cono soporte el peso que se le impone a labarrena y pueda morder bien la roca para des-menuzarla. Por tanto, el encaje del cono en eleje tiene que ser muy seguro para evitar que elcono se desprenda. El movimiento rotatorioeficaz del cono se debe al conjunto de roline-ras internas empotradas alrededor del eje, lascuales por lubricacin adecuadamente herm-tica mantienen su deslizamiento.

Adems, la disposicin, el dimetroy las caractersticas de los orificios o boquillasfijas o reemplazables por donde sale el fluidode perforacin a travs de la barrena, han sidoobjeto de modificaciones tcnicas para lograrmayor eficacia hidrulica tanto para mantenerla barrena en mejor estado fsico como paramantener el fondo del hoyo libre del ripio queproduce el avance de la barrena.

Por los detalles mencionados, seapreciar que la fabricacin de barrenas re-quiere la utilizacin de aceros duros y alea-ciones especiales que respondan a las fuerzasy desgaste que imponen a las diferentes partes

de la barrena la rotacin y el peso, la friccin,el calor y la abrasin.

Otro tipo de barrenas, llamadas dediamante, porque su elemento cortante lo for-man diamantes industriales o diamantes poli-cristalinos compactos incrustados en el cuerpode la barrena, tambin son usadas con xito enla perforacin. El diseo del cuerpo de la ba-rrena as como la disposicin y configuracinde las hileras de diamantes ofrecen una gran va-riedad de alternativas para perforar las diferen-tes clases de rocas. Para elegir apropiadamentela barrena para cortar determinado tipo de rocalo mejor es consultar los catlogos de los fabri-cantes y verificar las experiencias logradas en elrea donde se intenta abrir el pozo.

Durante los ltimos aos se viene ex-perimentando y acumulando experiencia con laperforacin con aire en vez del fluido acostum-brado. Esta nueva modalidad ha introducidocambios en el tipo de barrena requerida.

Por otra parte, desde hace muchosaos se realizan intentos por perfeccionar laturboperforadora. Este mtodo es radical en elsentido de que la sarta de perforacin no rotapero la rotacin de la barrena se logra aplicn-dole la fuerza motriz directamente en el fondodel hoyo.

Tambin se experimenta con unabarrena de banda o de cadena por la cual seintenta que, sin sacar la tubera, el elementocortante de la barrena puede ser reemplazadoa medida que la parte en contacto con la rocaacuse desgaste y no sea efectivo el avance paraahondar el hoyo.

La variedad de tipos de barrenas dis-ponibles demuestra el inters que los fabri-cantes mantienen para que el diseo, la confec-cin y utilizacin de barrenas de perforacinrepresenten la ms acendrada tecnologa.

Al final de cuentas, lo ms importan-te es seleccionar la barrena que permanezcams tiempo efectivo ahondando el hoyo. En la

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prctica, el costo de perforacin por metro deformacin horadada se obtiene utilizando lossiguientes factores, que representan datos delInforme Diario de Perforacin. As que:

Costo de perforacin por metro = A/B

donde A = (nmero de horas perforando +horas metiendo y sacando sarta) x costo porhora de operacin del taladro + costo neto dela barrena + costo del fluido de perforacindurante el manejo de la sarta.

B = metros de formacin cortadapor la barrena.

Ejemplo numrico hipottico, en or-den de enunciado de los factores:

Costo, Bs./metro =

(52+9) x 70.655 + 321.500 + 10.800 = 11.722,87

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El costo depende tambin del tipode pozo: exploratorio, semiexploratorio deavanzada, de desarrollo o de largo alcance, in-clinado o de la clase horizontal y si la opera-cin es en tierra o costafuera y otros aspectosde topografa y ambiente.

En el caso de pozos ultra profundosde exploracin, de 5.500 - 6.500 metros, enreas remotas de difcil acceso, el costo prome-dio de perforacin, a precios de 1996, puede serde Bs. 425.000 por metro o ms. Esto da unaidea del riesgo del negocio corriente arriba.Cuando este tipo de pozo no tiene acumulacio-nes petrolferas comerciales, lo que queda es elconocimiento adquirido de la columna geolgi-ca y mejor interpretacin del subsuelo y tam-bin la valiossima experiencia de haber hechoun pozo hasta esa profundidad.

La tubera lastrabarrenaDurante los comienzos de la perfo-

racin rotatoria, para conectar la barrena a lasarta de perforacin se usaba una unin corta,de dimetro externo mucho menor, natural-mente, que el de la barrena, pero algo mayorque el de la sarta de perforacin.

Por la prctica y experiencias obte-nidas de la funcin de esta unin y del com-portamiento de la barrena y de la sarta de per-foracin evolucion la aplicacin, los nuevosdiseos y la tecnologa metalrgica de fabrica-cin de los lastrabarrenas actuales.

Se constat que la unin, por su ri-gidez, mayor dimetro y peso mantena la ba-rrena ms firme sobre la roca. Se dedujo en-tonces que una sarta de este tipo, por su lon-gitud y peso servira como un lastre para facili-tar la imposicin opcional del peso que debamantenerse sobre la barrena para desmenuzarla roca. Esta opcin se tradujo en mantener latubera de perforacin en tensin y no tenerque imponerle pandeo y flexin para conser-var sobre la barrena el lastre requerido para

Fig. 3-17. Las labores de perforacin han servido de aula y delaboratorio para adquirir experiencias y perfeccionar los equi-pos para estas tareas.

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ahondar el hoyo. Adems, la dosificacin delpeso sobre la barrena poda regularla el perfo-rador por medio del freno del malacate, deacuerdo con la dureza y caractersticas de losestratos. Esta prctica comenz a dar buenosresultados al lograr que la trayectoria del hoyose mantenga lo ms verticalmente posible,controlando el peso sobre la barrena, la veloci-dad de rotacin de la sarta y el volumen yvelocidad anular del fluido de perforacinbombeado.

Los lastrabarrena, como todo el equi-po petrolero, se fabrican de acuerdo a normasy especificaciones del Instituto Americano delPetrleo (American Petroleum Institute, API)utilizando aleaciones de aceros especiales concromio y molibdeno que tengan ptima resis-tencia y ductibilidad. Generalmente, la longitudde cada tubo puede ser de 9, 9,5, 9,75, 12,8 y13,25 metros. La gama de dimetros externosva de 189 a 279 milmetros, 7 a 11 pulgadas, ylos dimetros internos de 38 a 76 milmetros ypeso de 364 a 4.077 kilos, respectivamente.

El tipo de rosca en la espiga y caja(macho y hembra) en los extremos de cadalastrabarrena es muy importante. Al enroscar ellastrabarrena a la barrena y luego cada lastra-barrena subsiguiente se debe hacer una cone-xin hermtica, y los tubos deben apretarse deacuerdo con la fuerza de torsin recomendadapara cada dimetro y conexin. La fuga de flui-do por una conexin puede ocasionar el des-prendimiento de la parte inferior de la sarta, loque podra tornarse en una difcil tarea de pes-ca con consecuencias impredecibles. En laprctica, el dimetro de la sarta de lastraba-rrena se escoge de acuerdo al dimetro de labarrena y del revestidor en el hoyo. Su longi-tud tiene que ser lo suficiente para proveer elpeso mximo que debe imponrsele a la barre-na, el cual expresado en milmetros de dime-tro de la barrena, y de acuerdo a la dureza dela roca y la velocidad de rotacin, puede serpara rocas blandas de 54 a 90 kilos por mil-metro de dimetro (a 100 - 45 r.p.m.); muyblandas de 54 a 90 kilos (a 250 - 100 r.p.m.);medianamente duras de 70 a 142 kilos (a 100 -40 r.p.m.); en formaciones duras 140 a 268 ki-los (a 60 - 40 r.p.m.).

Los lastrabarrena son, generalmente,redondos y lisos, pero los hay tambin conacanalamiento normal o en espiral, y del tipocuadrado.

Los diseos fuera de lo corriente seusan para evitar la adhesin del lastrabarrena ala pared de hoyo, ya que por el acanalamientode su superficie el rea de contacto es menor.

El diseo y la seleccin de los com-ponentes de la sarta de perforacin (barrena,lastrabarrena, tubera de perforacin y disposi-tivos complementarios como amortiguadores;estabilizadores y protectores que lleva la tube-ra de perforacin para disminuir el roce con lasarta de revestimiento), son tareas muy impor-tantes que requieren aplicaciones tecnolgicasy experiencias prcticas para lograr hacer unbuen hoyo y al menor costo posible.Fig. 3-18. Enrosque y metida de un tubo en el hoyo.

Fig. 3-19.Lastra-barrena.

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La tubera de perforacinLa tubera de perforacin va conec-

tada al lastrabarrena superior y su ltimo tubose enrosca a la junta kelly, la cual le imparte ala barrena y a toda la sarta el movimiento rota-torio producido por la colisa.

Esta seccin de la sarta de perfora-cin va aumentando en longitud a medida quese va ahondando el hoyo, como se mencional describir la funcin de la junta kelly.

Adems de las funciones de hacergirar e imponer peso a la barrena, la tubera deperforacin es parte esencial del conducto quelleva el fluido de perforacin desde las bom-bas al fondo del hoyo, a travs de la barrena.

Por tanto, la tubera de perforacinest expuesta a fuertes fuerzas de rotacin, detensin, de compresin, de flexin y pandeo,de torsin, de aprisionamiento por derrumbedel hoyo, de roce, de fatiga, de rebote y des-gaste general. De all que la fabricacin se ha-ga utilizando aleaciones especiales de acero,cuyas caractersticas soporten los esfuerzos aque estn sujetos en el hoyo tanto cada tubocomo las conexiones que los unen.

La tubera de perforacin se fabricaen una variada seleccin de dimetros externosnominales desde 25,4 hasta 317,5 milmetros.

Los dimetros por debajo de 76 mil-metros y los mayores de 139,7 milmetros seemplean para casos especiales. Generalmente,los dimetros de uso corriente son de 88,9,101,6, 114,3, 127 y 139,7 milmetros que, res-pectivamente, corresponden a 31/2, 4, 41/2, 5,51/2 pulgadas. La longitud de cada tubo varasegn el rango API. El rango 1 abarca una lon-gitud de 5,5 a 6,7 metros; el rango 2, de 8,2 a9,1 metros y el rango 3, de 11,6 a 13,7 metros.

Las siderrgicas y suplidores de tu-beras para la industria petrolera ofrecen unavariada seleccin corriente de tubos pero tam-bin pueden satisfacer pedidos especiales delos usuarios. Cuando se requiere una sarta deperforacin debe pensarse en las caractersti-cas deseadas: longitud total de la sarta y rangode longitud de los tubos; dimetro nominal einterno del tubo; grado del material (D, E uotro especial); punto cedente en tensin (car-ga); punto cedente en torsin (momento); pe-so por metro de longitud; tipo de conexin;

Fig. 3-20. Patio de almacenaje de los distintos tipos de tuberas de perforacin, de revestidores y de produccin requeridas enlas operaciones.

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longitud, dimetro externo e interno, recalcadointerior o exterior o ambos; punto cedente detensin y en torsin, y momento necesario detorsin de enrosque.

La seleccin de los componentesprincipales de toda la sarta, as como disposi-tivos auxiliares necesarios, dependen funda-mentalmente del dimetro y de la profundidaddel hoyo como tambin de las caractersticas ycomportamiento de los estratos que ha de des-menuzar la barrena.

La seleccin se hace an muchsimoms importante para reas donde se dificultamantener el hoyo recto, debido al buzamientoy al grado de dureza e intercalacin de estratosdiferentes.

De igual manera, merece atencin sien el rea de la perforacin existe la presencia desulfuro de hidrgeno (H2S), que por su accincorrosiva puede someter a la sarta a severo debi-litamiento de sus caractersticas metalrgicas.

La inspeccin, la proteccin de lasroscas, el adecuado transporte, arrume y ma-nejo de la sarta, y lubricacin apropiada de lasconexiones cada vez que cada tubo se mete enel hoyo son tareas importantes para conservarla sarta en buen estado.

Por s, la sarta con todos sus compo-nentes representa una inversin que se hace mscuantiosa en relacin a su longitud, ya que lacapacidad del taladro puede ser para hacer ho-yos muy profundos hasta 9.145 metros o ms.

En la bsqueda de yacimientos enformaciones del Cretceo, las perforacionesque desde 1980 hizo Lagoven en el Zulia sonde las ms profundas registradas en Venezue-la: Urdaneta 5.740 metros; Cabimas 5.049 me-tros; Sur-Oeste-Lago 5.263 metros; Ta Juana5.379 metros; Aricuais 5.685 metros; Alturitas5.263 metros; San Julin 5.635 metros, dondeCorpoven termin un magnfico productor,1.495 b/d de petrleo de 34,3 API, cuya pro-fundidad final lleg a 5.678 metros.

En Oriente, la perforacin profundaen reas conocidas y nuevas tuvo xito enQuiriquire 5.490 metros, Orocual 4.320 metros,Amarilis 5.948, El Furrial 4.750, Piedritas 4.941.Costafuera de la pennsula de Paria y la regindel delta del Orinoco se perforaron pozos pro-fundos: Patao 4.146, Caracolito 5.675 y Tajal4.560 metros.

Toda esta actividad indica que en elpas hay experiencia y capacidad para realizarla perforacin de pozos profundos, al igual queen las reas de operaciones ms destacadas delmundo. Los pozos profundos de exploracin denuevos yacimientos son costosos. En 1990 aprofundidad promedio de 5.059 metros el costofue de Bs. 57.274 por metro y en 1991 a 5.509metros el costo lleg a Bs. 124.851 por metro,segn el PODE-MEM, 1991, p. 40.

El sistema de circulacin del fluido de perforacin

El sistema de circulacin del fluidode perforacin es parte esencial del taladro.Sus dos componentes principales son: elequipo que forma el circuito de circulacin yel fluido propiamente.

Las bombas de circulacinLa funcin principal de la(s) bom-

ba(s) de circulacin es mandar determinadovolumen del fluido a determinada presin, has-ta el fondo del hoyo, va el circuito descenden-te formado por la tubera de descarga de labomba, el tubo de paral, la manguera, la juntarotatoria, la junta kelly, la sarta de perforacin(compuesta por la tubera de perforacin y lasarta lastrabarrena) y la barrena para ascendera la superficie por el espacio anular creado porla pared del hoyo y el permetro exterior de lasarta de perforacin. Del espacio anular, el flui-do de perforacin sale por el tubo de descargahacia el cernidor, que separa del fluido la roca

desmenuzada (ripio) por la barrena y de allsigue por un canal adecuado al foso o tanquede asentamiento para luego pasar a otro dondees acondicionado para vaciarse continuamenteen el foso o tanque de toma para ser otra vezsuccionado por la(s) bomba(s) y mantener lacontinuidad de la circulacin durante la per-foracin, o parada sta se continuar la circu-lacin por el tiempo que el perforador deter-mine por razones operacionales.

La seleccin de las bombas dependede la profundidad mxima de perforacin deltaladro, que a la vez se traduce en presin yvolumen del fluido en circulacin. Las bombasson generalmente de dos (gemela) o tres (tri-ple) cilindros. Cada cilindro de la gemela (d-plex) descarga y succiona durante una embo-lada, facilitando as una circulacin continua.La succin y descarga de la triple es sencillapero por su nmero de cilindros la circulacines continua. Para evitar el golpeteo del fluidodurante la succin y descarga, la bomba estprovista de una cmara de amortiguacin.

Como en la prctica el volumen y lapresin requeridas del fluido son diferentes enlas etapas de la perforacin, los ajustes necesa-rios se efectan cambiando la camisa o tuborevestidor del cilindro por el de dimetro ade-cuado, y tomando en cuenta la longitud de laembolada se le puede regular a la bomba elnmero de emboladas para obtener el volu-men y presin deseadas.

La potencia o c.d.f. (h.p.) requeridapor la bomba se la imparte la planta de fuerzamotriz del taladro, por medio de la transmisiny mandos apropiados. La potencia mxima defuncionamiento requerida por la bomba espe-cifica su capacidad mxima.

Los ejemplos presentados en la Ta-bla 3-2 dan idea de las relaciones entre losparmetros y caractersticas de las bombas.

Entre el dimetro mximo y mnimodel mbolo, cada bomba puede aceptar tres ocuatro dimetros intermedios y cada cual darrelaciones diferentes de presin, caballaje yvolumen, que pueden satisfacer situacionesdadas. Por tanto, al seleccionar la bomba, elinteresado debe cotejar las especificaciones delfabricante con las necesidades del taladro parainformarse sobre otros detalles importantes co-mo son el dimetro del tubo de succin y el de

E l P o z o I l u s t r a d o108

Fig. 3-21. Bomba para impulsar el fluido de perforacin.

Cilindro interno

mbolo

vlvula

pistn

Fig. 3-22. Partes de la bomba del fluido de perforacin.

C a p t u l o 3 - P e r f o r a c i n 109

descarga; tipo de vstago para el mbolo y em-pacadura, lubricacin y mantenimiento generalde la bomba; tipos de engranajes y relacionesde velocidad, montaje y alineacin, y todocuanto propenda al funcionamiento eficaz dela bomba.

La bomba est sujeta a fuertes exi-gencias mecnicas de funcionamiento, las cua-les se hacen ms severas en perforaciones pro-fundas. Aunque su funcionamiento es sencillo,su manufactura requiere la utilizacin de alea-ciones de aceros especficos para garantizar suresistencia al desgaste prematuro. La bomba esuna pieza costosa y se podr apreciar su valoral considerar que adems de la tecnologa defabricacin que la produce, el peso del acerode sus componentes puede ser de 7 a 22toneladas.

De la bomba a la junta giratoriaEn este tramo del circuito de circu-

lacin del fluido, la conexin tipo brida de ladescarga de la bomba se une, por medio deuna tubera de dimetro apropiado, al tubosubiente o paral ubicado en la cabria.

El paral y la junta rotatoria se unenpor una manguera flexible, pero muy resisten-te, para facilitar la subida y bajada de la juntakelly a sus puntos mximos durante la perfo-racin u otras tareas, sin imponer esfuerzos detensin ajenos al propio peso de la manguerao agudas curvaturas en sus extremos que laconectan al subiente y a la junta giratoria. Portanto, la longitud de la manguera puede serdesde 11 hasta 28 metros y longitudes inter-medias. Y para casos especiales se podr soli-citar del fabricante longitudes especficas. Losdimetros internos y externos son generalmen-te de 63,5 a 76,2 mm y de 111,3 a 163,8 mm,respectivamente. El peso vara segn el dime-tro y puede ser de 14 a 39 kilogramos pormetro. La presin de trabajo es de 282 y 352kg/cm2, lo que representa un factor de segu-ridad de 1,75 a 2,0, respectivamente, con refe-rencia a pruebas de presin.

Para resistir la flexin, la vibracin, lapresin interna, corrosin y erosin que le im-pone el fluido en circulacin, la manguera sehace de capas formadas por goma elstica,alambre, telas sintticas y otros materiales ade-

Bomba triple: Dimetro mximo del mbolo: 191 mmEmbolada: 305 mm

Embolo,mm Emboladas Presin c.d.f. Litrospor minuto kg/cm2 por minuto

Mximo 191 130 Mxima 210 1.757 3.384191 60 Mnima 210 811 1.559

Mnimo 140 130 387 1.757 1.821140 60 387 811 840

Bomba gemela: Dimetro mximo del mbolo: 178 mmEmbolada: 457 mm

Mximo 179 65 Mxima 256 1.700 2.586179 30 Mnima 256 784 1.192

Mnimo 152 65 352 1.700 1.798152 30 352 784 829

Tabla 3-2. Caractersticas de las bombas para el fluido de perforacin

E l P o z o I l u s t r a d o110

cuados que se refuerzan entre s para impartir-le resistencia y sus cualidades de funcionamien-to. (Ver Figura 3-6, nmeros 16, 43, 36, 37, 52).

El fluido de perforacinAl correr de los aos, la experiencia

y la investigacin bsica y aplicada han contri-buido a que las funciones y la calidad del flui-do de perforacin puedan ser ajustadas a lascaractersticas de las rocas que desmenuza labarrena.

Originalmente, cuando se usaba elmtodo de perforacin a percusin, la barra deperforacin ahondaba el hoyo percutiendo so-bre la roca. Sin embargo, la acumulacin demucha roca desmenuzada en el fondo del ho-yo entorpeca el avance de la perforacin. Lamejor manera disponible entonces para limpiarel fondo del hoyo de tanto ripio era extraer labarra y se le echaba agua al hoyo para haceruna mezcla aguada fcil de extraer utilizandoel achicador. El achicador, de forma tubular,con una vlvula en el extremo inferior y su asaen el extremo superior, tambin serva de bati-dor y su insercin y extraccin del hoyo sehaca utilizando el cable auxiliar para achicar.De all, para el perforador de la poca y sucuadrilla, se origin que a lo extrado se le lla-mase barro, trmino hoy inaplicable al fluidode perforacin por razones obvias.

Funciones del fluido de perforacinLas funciones del fluido son varias y

todas muy importantes. Cada una de ellas pors y en combinacin son necesarias para lograrel avance eficiente de la barrena y la buenacondicin del hoyo.

Estas funciones son: Enfriar y lubricar la barrena, accio-

nes cuyos efectos tienden a prolongar la dura-bilidad de todos los elementos de la barrena.

A medida que se profundiza el ho-yo, la temperatura aumenta. Generalmente, el

gradiente de temperatura puede ser de 1 a 1,3C por cada 55 metros de profundidad. Ade-ms, la rotacin de la barrena en el fondo delhoyo genera calor por friccin, lo que haceque la temperatura a que est expuesta seamayor. Por tanto, la circulacin del fluido tien-de a refrescarla.

El fluido, debido a sus componen-tes, acta como un lubricante, lo cual ayuda amantener la rotacin de los elementos cortan-tes de la barrena. Los chorros de fluido quesalen a alta velocidad por las boquillas de labarrena limpian los elementos cortantes, ase-gurando as su ms eficaz funcionamiento.

Arrastrar hacia la superficie la rocadesmenuzada (ripio) por la barrena. Para lograrque el arrastre sea eficaz y continuo, el fluidotiene que ser bombeado a la presin y volu-men adecuado, de manera que el fondo delhoyo se mantenga limpio y la barrena avanceeficazmente.

La velocidad del fluido por el espacioanular y sus caractersticas tixotrpicas son muyimportantes para lograr la limpieza del hoyo.

hoyo

lodoascendente

lododescendente

hoyo

lutita

3.660 m540 kg/cm2

arena

superficie

caliza

Fig. 3-23. Corte transversal de un hoyo para mostrar el descen-so y ascenso del fluido de perforacin.

C a p t u l o 3 - P e r f o r a c i n 111

Al cesar la circulacin del fluido, elripio no debe irse al fondo del hoyo, ya que talsituacin presenta el riesgo de que la barrena,los lastrabarrena o la tubera de perforacinsean aprisionados y con tan mala suerte de nopoder rescatar las piezas y perder buena partedel hoyo.

De all la importancia de las buenascualidades tixotrpicas del fluido, gelatiniza-cin inicial y final de 10 minutos por las cualesse aprecia su fluidez y espesura en reposo, quele imparte la propiedad de mantener el ripioen suspensin.

Depositar sobre la pared del hoyoun revoque delgado y flexible y lo ms imper-meable posible que impida la filtracin excesi-va de la parte lquida del fluido hacia las for-maciones. El espesor del revoque, expresadoen milmetros, est en funcin de los constitu-yentes y otras cualidades del fluido.

Por ejemplo, la cantidad de slidosen el fluido afecta la calidad del revoque, yaque lo hace menos impermeable. De igual ma-nera, la excesiva filtracin hacia la formacinen el caso de una lutita muy bentontica ehidroflica causa que la formacin se hinche y,por ende, se reduzca el dimetro del hoyo. Talreduccin puede ocasionar contratiempos a lasarta de perforacin. En casos extremos, la hin-chazn puede degenerar en la inestabilidad dela pared del hoyo y hasta desprendimientos.

Controlar por medio del peso delfluido la presin de las formaciones que cortala barrena.

Generalmente la presencia de gas,petrleo y/o agua en una formacin significaque pueden estar a baja, mediana, alta o muyalta presin. A medida que el hoyo se profun-diza se espera mayor presin. Sin embargo, laexperiencia y las correlaciones regionales depresiones sirven para dilucidar las posiblessituaciones que puedan presentarse.

La presin que puede ejercer unacolumna de fluido de perforacin, en el caso

de que fuese agua fresca, es de 0,1 kg/cm2/me-tro de altura o de profundidad. Pero como ge-neralmente el gradiente de presin (kg/cm2/me-tro de profundidad) que se da en las formacio-nes es mayor que el gradiente normal de pre-sin de agua, entonces el fluido debe tenerms peso que el agua, o sea mayor gravedadespecfica, de acuerdo con la presin que enfavor de la columna se desee para tener la pre-sin de la formacin siempre bajo control du-rante la perforacin o cuando la sarta est fue-ra del hoyo.

Ejemplo: supngase que la barrenase est aproximando a una formacin cuyaprofundidad y presin estimadas son 3.660 me-tros y 540 kg/cm2. (1) Cul es el peso mnimodel fluido para contrarrestar esa presin? (2)Cul es el peso del fluido de perforacin si sedesea imponer 25 kg/cm2 a favor de la colum-na en el hoyo?

Tipos de fluidos de perforacinBsicamente los fluidos de perfora-

cin se preparan a base de agua, de aceite (de-

(1) Gradiente esperado

540= _______ = 0,1475 kg/cm2/metro

3.660

0,1475Gravedad especfica = _________ = 1,475

0,1

El fluido debe pesar 1,475 kg/litro

(2) Gradiente favorecido

540 + 25 565= __________ = _______ = 0,17 kg/cm2/metro

3.660 3.360

0,17Gravedad especfica = ______ = 1,7

0,1

El fluido debe pesar 1,7 kg/litro

E l P o z o I l u s t r a d o112

rivados del petrleo) o emulsiones. En su com-posicin interactan tres partes principales: laparte lquida; la parte slida, compuesta pormaterial soluble que le imprime las caracters-ticas tixotrpicas y por material insoluble dealta densidad que le imparte peso; y materiasqumicas adicionales, que se aaden directa-mente o en soluciones, para controlar las ca-ractersticas deseadas.

El tipo de fluido utilizado en la per-foracin rotatoria en s, en el reacondiciona-miento y terminacin de pozos es elementodecisivo en cada una de estas operaciones.Pues las caractersticas del fluido tienen rela-cin con la interpretacin de las observacioneshechas de los estratos penetrados, ya sean pormuestras de ripio tomadas del cernidor, n-cleos de pared o ncleos convencionales o apresin; registros de litologa, de presin o detemperatura; pruebas preliminares de produc-cin en hoyo desnudo; tareas de pesca, etc.

Fluido de perforacin a base de aguaEl agua es uno de los mejores lqui-

dos bsicos para perforar, por su abundancia ybajo costo. Sin embargo, el agua debe ser debuena calidad ya que las sales disueltas quepueda tener, como calcio, magnesio, cloruros,tienden a disminuir las buenas propiedades re-queridas. Por esto es aconsejable disponer deanlisis qumicos de las aguas que se escojanpara preparar el fluido de perforacin.

El fluido de perforacin ms comnest compuesto de agua y sustancia coloidal.Durante la perforacin puede darse la oportu-nidad de que el contenido coloidal de ciertosestratos sirva para hacer el fluido pero hay es-tratos tan carentes de material coloidal que sucontribucin es nula. Por tanto es preferibleutilizar bentonita preparada con fines comer-ciales como la mejor fuente del componentecoloidal del fluido.

La bentonita es un material de ori-gen volcnico, compuesto de slice y alminapulverizada y debidamente acondicionada, sehincha al mojarse y su volumen se multiplica.El fluido bentontico resultante es muy favo-rable para la formacin del revoque sobre lapared del hoyo. Sin embargo, a este tipo defluido hay que agregarle un material pesado,como la baritina (preparada del sulfato de ba-rio), para que la presin que ejerza contra losestratos domine las presiones subterrneas quese estiman encontrar durante la perforacin.

Para mantener las deseadas caracte-rsticas de este tipo de fluido como son: visco-sidad, gelatinizacin inicial y final, prdida porfiltracin, pH y contenido de slidos, se recurrea la utilizacin de sustancias qumicas comoquebracho, soda custica, silicatos y arseniatos.

Fluido de perforacin a base de petrleoPara ciertos casos de perforacin,

terminacin o reacondicionamiento de pozosse emplean fluidos a base de petrleo o de de-rivados del petrleo.

En ocasiones se ha usado crudo li-viano, pero la gran mayora de las veces seemplea diesel u otro tipo de destilado pesadoal cual hay que agregarle negrohumo o asfaltopara impartirle consistencia y poder manteneren suspensin el material pesante y controlarotras caractersticas.

Generalmente, este tipo de fluidocontiene un pequeo porcentaje de agua queforma parte de la emulsin, que se mantienecon la adicin de soda custica, cal custica uotro cido orgnico.

La composicin del fluido puedecontrolarse para mantener sus caractersticas,as sea bsicamente petrleo o emulsin, pe-trleo/agua o agua/petrleo.

Estos tipos de fluidos requieren unmanejo cuidadoso, tanto por el costo, el aseodel taladro, el mantenimiento de sus propieda-des fsicas y el peligro de incendio.

C a p t u l o 3 - P e r f o r a c i n 113

Otros tipos de fluidos de perforacinPara la base acuosa del fluido, ade-

ms de agua fresca, puede usarse agua salobreo agua salada (salmuera) o un tratamiento desulfato de calcio.

Muchas veces se requiere un fluidode pH muy alto, o sea muy alcalino, como esel caso del hecho a base de almidn.

En general, la composicin y la pre-paracin del fluido son determinadas segn laexperiencia y resultados obtenidos en el rea.Para satisfacer las ms simples o complicadassituaciones hay una extensa gama de materialesy aditivos que se emplean como anticorrosivos,reductores o incrementadores de la viscosidad,disminuidores de la filtracin, controladores delpH, lubricadores, antifermentantes, floculantes,arrestadores de la prdida de circulacin, sur-factantes, controladores de lutitas deleznables oemulsificadores y desmulsificadores, etc.

Actualmente existen alrededor delmundo ms de 120 firmas que directa o indi-rectamente ofrecen la tecnologa y los serviciosque pide la industria petrolera sobre diagns-ticos, preparacin, utilizacin y mantenimientode todo tipo de fluido de perforacin para ca-da clase de formaciones y circunstancias ope-racionales, como tambin fluidos especficospara la terminacin, la rehabilitacin o limpie-za de pozos. El progreso y las aplicaciones enesta rama de ingeniera de petrleos es hoy tanimportante que se ha transformado en una es-pecialidad operacional y profesional.

Control del fluido de perforacinLa importancia del buen manteni-

miento y funcionamiento del fluido dependedel control diario de sus caractersticas. Cadaperforador al redactar en el Informe Diario dePerforacin la relacin de las actividades rea-lizadas en su correspondiente guardia, llena unespacio referente a las caractersticas, a los in-

gredientes aadidos y al comportamiento delfluido.

Adems, personal especializado enfluidos de perforacin, bien de la propia em-presa duea de la locacin, o de la contratistade perforacin, o de una empresa de servicioespecializada, puede estar encargado del con-trol y mantenimiento. Este personal hace visi-tas rutinarias al taladro y realiza anlisis de laspropiedades del fluido y por escrito deja ins-trucciones sobre dosis de aditivos que debenaadirse para mantenimiento y control fsico yqumico del fluido.

El sistema de circulacin en s cuen-ta adems con equipo auxiliar y complementa-rio representado por tanques o fosas paraguardar fluido de reserva; tolvas y tanquespara mezclar volmenes adicionales; agitado-res fijos mecnicos o elctricos de baja y/o altavelocidad; agitadores giratorios tipo de chorro(pistola); desgasificadores; desarenadores; se-paradores de cieno; sitio para almacenamientode materiales bsicos y aditivos, etc.

El fluido de perforacin representa,aproximadamente, entre 6 y 10 % del costo to-tal de perforacin y a medida que aumentan laprofundidad, los costos de equipos y materia-les y la inflacin, el costo del fluido tiende aincrementarse.

Fig. 3-24. Control de las caractersticas del fluido de perfora-cin. Medicin de la viscosidad.

E l P o z o I l u s t r a d o114

III. Aplicaciones de la PerforacinRotatoria

La utilizacin y las experiencias lo-gradas con la perforacin rotatoria han permi-tido que, desde 1901 y durante el transcursodel siglo XX, la industria petrolera mundial ha-ya obtenido provecho de circunstancias opera-cionales adversas al transformarlas en aplica-ciones tcnicas beneficiosas. Veamos.

El hoyo o pozo verticalEn el verdadero sentido tcnico y

aplicacin de la perforacin rotatoria no es f-cil mantener el hoyo en rigurosa verticalidaddesde la superficie hasta la profundidad final.Mientras ms profundo est el yacimiento pe-trolfero, ms control exigir la trayectoria de labarrena para mantener el hoyo recto. Variosfactores mecnicos y geolgicos influyen en elproceso de hacer hoyo. Algunos de estos fac-tores tienen marcada influencia entre s, la cual,a veces, hace ms difcil la posible aplicacinde correctivos para enderezar el hoyo.

Entre los factores mecnicos estn:las caractersticas, dimetros y peso por unidadde longitud de los tubos que componen la sar-ta de perforacin; el tipo de barrena; la veloci-dad de rotacin de la sarta; el peso de la sartaque se deja actuar sobre la barrena, para questa muerda, penetre y despedace la roca; eltipo y las caractersticas tixotrpicas del fluidode perforacin utilizando su peso por unidadde volumen para contrarrestar las presiones delas formaciones perforadas, la velocidad y cau-dal suficientes de salida del fluido por las bo-quillas de la barrena para garantizar la limpiezadel fondo del hoyo y el arrastre del ripio hastala superficie.

Los factores geolgicos tienen quever con la clase y constitucin del material delas rocas, muy particularmente el grado de

dureza, que influye mucho sobre el progreso yavance de la perforacin; el buzamiento o in-clinacin de las formaciones con respecto a lasuperficie como plano de referencia. La inter-calacin de estratos de diferentes durezas ybuzamientos influyen en que la trayectoria dela barrena sea afectada en inclinacin y direc-cin por tales cambios, y ms si los factoresmecnicos de la sarta y del fluido de per-foracin sincronizan con la situacin plantea-da. Por tanto, es necesario verificar cada ciertotiempo y a intervalos determinados la verticali-dad convencional del hoyo, mediante registrosy anlisis de los factores mencionados.

En la prctica se acepta una ciertadesviacin del hoyo (Fig. 3-25). Desde los co-mienzos de la perforacin rotatoria se ha tole-rado que un hoyo es razonable y convencio-nalmente vertical cuando su trayectoria no re-basa los lmites del permetro de un cilindroimaginario, que se extiende desde la superficiehasta la profundidad total y cuyo radio, desdeel centro de la colisa, toca las cuatro patas dela cabria.

El pozo direccionalDe las experiencias derivadas de la

desviacin fortuita del hoyo durante la perfo-racin rotatoria normal, naci, progres y seperfeccion la tecnologa de imprimir controla-da e intencionalmente el grado de inclinacin,el rumbo y el desplazamiento lateral que final-mente debe tener el hoyo desviado con res-pecto a la vertical ideal para llegar al objetivoseleccionado (Fig. 3-26).

Los conceptos y prcticas de hacerhoyos desviados intencionalmente comenza-ron a tener aplicaciones tcnicas en la dcadade los aos treinta. Nuevos diseos de herra-mientas desviadoras o guiabarrenas fijos o arti-culados permitieron obtener con mayor segu-ridad el ngulo de desviacin requerida. Loselementos componentes de la sarta (barrena, las-

C a p t u l o 3 - P e r f o r a c i n 115

trabarrena, estabilizadores, centralizadores, tube-ra de perforacin) y la seleccin de magnitudde los factores necesarios para la horadacin(peso sobre las barrenas, revoluciones por mi-nuto de la sarta, caudal de descarga, presin yvelocidad ascendente del fluido de perfora-cin) empezaron a ser combinados y ajustadosdebidamente, lo cual redund en mantener eldebido control de la trayectoria del hoyo.

En la Figura 3-26 los puntos A, B, Cy D representan los cambios de rumbo e in-clinacin y desplazamiento lateral de la trayec-toria del hoyo con respecto a la vertical, hastallegar al objetivo. En cada punto se opta por elcambio de inclinacin, lo cual requiere una po-sible desviacin de 3 5 grados por 30 metrosperforados, o de mayor nmero de grados y tra-mos de mayor longitud, segn el caso. Duranteel proceso de desviacin se realiza la verifica-cin y el control de la trayectoria del hoyo me-diante la utilizacin de instrumentos y/o regis-tros directos electrnicos que al instante relacio-nan el comportamiento de cada uno de los fac-tores que influyen y permiten la desviacin delhoyo. En la prctica, para mostrar el rumbo, in-clinacin y desplazamiento lateral del hoyo sehace un dibujo que incluye la profundidad des-viada medida, PDM, y la profundidad verticalcorrespondiente, PVC (Figura 3-26).

El refinamiento en el diseo y la fa-bricacin de equipos y herramientas para ladesviacin de pozos en los ltimos quinceaos, conjuntamente con las modernas aplica-ciones de la computacin electrnica en lasoperaciones petroleras, han contribuido eficaz-mente a la perforacin y terminacin de pozosdireccionales, inclinados, y horizontales.

Aplicaciones de la perforacin direccionalTanto en operaciones en tierra, cer-

ca de la costa o costafuera, la perforacin di-reccional se utiliza ventajosamente en las si-guientes circunstancias:

En casos de impedimentos natu-rales o construcciones que no permiten ubicaren la superficie el taladro directamente sobreel objetivo que est a determinada profundi-dad en el subsuelo, se opta por ubicarlo en unsitio y a distancia adecuada para desde all ha-cer el hoyo direccional hasta el objetivo.

Cuando sucede un reventn in-controlable, generalmente se ubican uno o dostaladros en la cercana para llegar con un hoyodireccional hasta la formacin causante del re-ventn y por medio del bombeo de fluido deperforacin contener el flujo desbordado. Enlas operaciones costafuera un reventn es uncontratiempo muy serio por sus implicacionesde contaminacin, peligro a la navegacin ydificultades inherentes a las operaciones derestitucin en un medio acutico donde a ve-ces las condiciones climatolgicas adversaspueden empeorar la situacin.

verti

cal i

deal

A

B

C

D

desplazamiento

objetivoPVC PDM

Fig. 3-25. Corte transversal de unhoyo para mostrar la trayectoriade la barrena de perforacin.

Fig. 3-26. Trayectoria del hoyointencionalmente desviado.

traye

ctor

ia d

e la

bar

rena

verti

calid

ad id

eal

cilin

dro

imag

inar

io

E l P o z o I l u s t r a d o116

Cuando por razones mecnicas in-salvables se tiene que abandonar la parte infe-rior del hoyo, se puede, en ciertas ocasiones,aprovechar la parte superior del hoyo para lle-gar al objetivo mediante la perforacin direc-cional y ahorrar tiempo, nuevas inversiones yciertos gastos.

En el caso de la imposibilidad dereacondicionamiento de un pozo productorviejo se puede intentar reterminarlo en el inter-valo original u otro horizonte superior o infe-rior por medio de la perforacin direccional.

En el caso de que por sucesosgeolgicos no detectados, como fallas, discor-dancias, adelgazamiento o ausencia de estra-tos, el objetivo no fuese encontrado, la reinter-pretacin de datos podra aconsejar desviar elhoyo intencionalmente.

En el caso de tener que abando-nar un pozo productor agotado y cuando seadvierte que sus condiciones internas no ofre-cen riesgos mecnicos, se podra optar por laperforacin desviada para profundizarlo e in-vestigar las posibilidades de otros objetivos.

En tierra y costafuera, la perfora-cin direccional moderna se ha utilizado ven-tajosamente para que desde una misma loca-cin, plataforma acutica o isla artificial se per-foren varios pozos, que aunque se ven muyjuntos en la superficie, en el fondo mantienenel espaciamiento reglamentario entre uno otro.Este conjunto de pozos dio origen a la llama-da macolla de pozos.

Conceptos econmicos y aplicacionestcnicas avanzadas de pozos desviados

En la dcada de los aos setenta,investigadores y laboratorios privados y guber-namentales y las empresas petroleras comen-zaron en varios pases a obtener buenas res-puestas a sus esfuerzos en la adopcin de nue-vos conceptos econmicos y aplicaciones avan-zadas de los pozos desviados. Razones: la

posibilidad de obtener ms produccin porpozo; mayor produccin comercial acumuladapor yacimiento; fortalecimiento de la capaci-dad competitiva de la empresa en los merca-dos y, por ende, aumento de ingresos con me-nos inversiones, costos y gastos de operacio-nes corriente arriba del negocio petrolero.

La macolla de pozos permite reducirel rea requerida para las localizaciones ya quedesde un solo sitio se pueden perforar variospozos. Adems, se logran economas en cons-truccin de caminos, en instalaciones, en utiliza-cin del transporte de carga y personal y poste-riormente se economiza en vigilancia e inspec-cin de pozos por estar stos en un solo punto.

La perforacin rotatoria normal per-mite penetrar verticalmente el estrato petro-lfero pero la capacidad productiva del pozodepende del espesor del estrato, adems deotras caractersticas geolgicas y petrofsicas.As que en igualdad de condiciones, la capaci-dad de produccin del pozo est muy rela-cionada con el espesor del estrato, por lo quea ms espesor ms produccin.

Planteada as la cuestin, la respues-ta la dio la perforacin direccional o desviadacomo mtodo para penetrar ms seccin pro-ductiva en el mismo estrato.

En las ilustraciones presentadas enla Figura 3-27 se puede apreciar que la magni-tud del ngulo de desviacin que debe mante-ner la sarta es factor muy importante al penetrary deslizarse por las entraas del estrato pro-ductor. Las experiencias y los resultados obte-nidos en varios campos petroleros del mundodan fe del progreso de la tecnologa disponiblepara seleccionar la profundidad a la cual debeinstalarse cada revestidor; la profundidad a lacual debe comenzarse el desvo del hoyo des-pus de instalado cada revestidor; magnituddel ngulo de desvo que debe imprimirse ylongitud del tramo que debe perforarse condeterminado ngulo, 3 a 6 grados por cada 30

C a p t u l o 3 - P e r f o r a c i n 117

metros, hasta lograr la trayectoria deseada delhoyo o cambiar de rumbo y/o inclinacin parallegar al objetivo con el ngulo final acumula-do, segn el plan de perforacin. Estas con-sideraciones determinan si el pozo ser cla-sificado de radio largo de curvatura de 854 a305 metros con ngulo de 2 a 6 grados por tra-mo de 30 metros; o de radio medio entre 90 y38 metros y 20 a 75 grados por tramo de 30metros o finalmente de radio corto de curvatu-ra cuya longitud es de 6 a 12 metros y 1,5 a 3grados por tramo de 30 metros. Estas tres clasi-

ficaciones permiten, respectivamente, que lapenetracin horizontal en el estrato productortenga longitudes de 305 a 915 metros, de 305a 610 metros, y de 122 a 213 metros. Pues, sonmuy importantes los aspectos mecnicos quefacilitan o entorpecen la entrada y salida de lasarta de perforacin del hoyo y finalmente lainsercin de un revestidor.

Los ejemplos que se presentan en laTabla 3-3 muestran la magnitud de variosparmetros de los diferentes tipos de pozosdesviados intencionalmente.

Fig. 3-27. (A) espesor del estrato productor penetradoverticalmente. (B) el mismo estrato productor penetradodireccionalmente a un ngulo de 45. (C) estrato penetra-do a un ngulo mayor utilizando el taladro inclinado, portratarse de un estrato a profundidad somera. (D) platafor-ma desde la cual se pueden perforar varios pozos -maco-lla de pozos. (E) pozo cuyo(s) estrato(s) productor(es)puede(n) ser terminado(s) como sencillo y/o doble, conla ventaja de que el intervalo productor penetrado hori-zontalmente logra tener varias veces el espesor naturaldel estrato.

A B45 60

C

D

E

5.534 2.393 4.598 72 - Ultradesviado8.763 2.970 7.291 83 - Ultradesviado

915 Taladro 30 1.585 3/30 m; 60 - Inclinado567 414 4/30 m; 45 - Inclinado

1.868 824 1.257 90 610 Horizontal2.892 1.268 2/30 m; 90, 5 330 Horizontal

Observaciones: PDM, profundidad desviada medida; PVC, profundidad vertical correspondiente, a la desviada medida; des-plazamiento horizontal, distancia del hoyo desviado con respecto a la trayectoria vertical normal del hoyo. Angulo mximo, elescogido por tramo y acumulado hasta llegar al objetivo. Penetracin en el estrato, longitud del hoyo horizontal que se perfo-ra en el estrato productor para drenar el gas/petrleo; la longitud del hoyo horizontal es equivalente a dos, tres o ms veces elespesor vertical del estrato productor. (Ver Figura 3-27).

Tabla 3-3. Caractersticas de pozos desviadosProfundidad, m Desplazamiento Angulo Penetracin Tipo de pozo

PDM PVC horizontal, m mximo; acumulado en estrato, m

E l P o z o I l u s t r a d o118

Apreciaciones y cambios resultantes dela nueva tecnologa en perforacin

La necesidad de extender muchsi-mo ms all de 900 metros el desplazamientodel hoyo desviado con respecto a la trayecto-ria vertical del pozo normal ha producido va-rias innovaciones en la tecnologa de perfora-cin. La siguiente tabla muestra pozos de grandesplazamiento perforados en varios sitios delmundo para producir reservas petrolferas dedifcil acceso mediante pozos verticales y/o ra-zones econmicas. En Venezuela hay ejemplosde los varios tipos de perforacin direccionalpara producir petrleo de Pedernales, Tucupi-ta, Jobo, Piln, la Faja del Orinoco, Lagunillas,Tamare, Guafita.

Son muy significativas las diferen-cias y las relaciones aritmticas entre profun-didad vertical total a profundidad total (PVT aPT) con el desplazamiento a profundidad totaly la profundidad desviada medida a profundi-dad total (PDM a PT) como tambin el valordel ngulo mximo acumulado alcanzado paraextender lateralmente lo ms lejos posible dela vertical la trayectoria del hoyo. Para hacer lologrado en los pozos mencionados se contcon nuevos equipos, herramientas, materialesy renovados procedimientos de planificacin,organizacin, supervisin, seguimiento y eva-luacin de resultados. Es importante mencio-nar los varios factores que deben ser atendidosen este tipo de operaciones.

En primer trmino est la ubica-cin del objetivo que desea alcanzarse, en tie-rra o costafuera; y la seleccin del tipo de po-zo ms apropiado: desviado, ultradesviado, in-clinado u horizontal.

El tipo de taladro requerido de-pender de la trayectoria del pozo y de lascondiciones y caractersticas de la columna geo-lgica que se perforar, sus aspectos petro-fsicos y la profundidad final.

La profundidad del objetivo guia-r la elaboracin del plan de perforacin y lasespecificaciones e instrumentos para los si-guientes aspectos de la perforacin:

Dimetro y tipo de barrenas paralas respectivas profundidades del hoyo prima-rio, de los hoyos intermedios y del hoyo final.

Composicin de la sarta de per-foracin: barrena, last