Sistema de Potencia e Instumentacion

8/6/2019 Sistema de Potencia e Instumentacion

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Sistema de Potencia e Instrumentacin

PERFORACIN DE POZOS DE PETRLEO CAPTULO 10SISTEMAS DE POTENCIA E INSTRUMENTACIN

1. SISTEMAS DE POTENCIA

1.1 Generalidades

Existen tres formas bsicas en las cuales un tsaladro distribuye o transmite potencia:a) Sistemas de potencia AC a DC o SCR (Silicium Controller Rectifier).b) Sistemas de Potencia DC a DC.c) Sistema de Potencia Mecnica.

El prime mover se encuentra en el corazn del sistema de potencia del taladro, es la principal fuente de potencia, muchosequipos tienen ms de un prime mover. Los prime movers casi siempre son grandes motores de combustion interna.

Algunos equipos del taladro requieren potencia hidrulica y neumtica. Los sistemas neumticos e hidrulicos deltaladro tambin obtienen su potencia de alguno de los tres sistemas de distribucin.

Veamos algunos conceptos bsicos como potencia, fuerza y trabajo.

Trabajo = Fuerza*Distancia. W=F*d.Potencia = Trabajo / Tiempo. P=W/t.

Por ejemplo, si hay dos caballos, y cada uno de ellos realiza un trabajo:El primer caballo hala algo que pesa 200 lbs una distancia de 50 ft, y esto se hace en 50 segundos. El trabajo realizadoes: W = F*d = 200 lbs*50 ft = 1000 lbs-ft.Para saber cuanta potencia desarroll el caballo: Potencia = Trabajo/Tiempo = 1000 lbs-ft/50 segundos = 20 lbs-ft/sec(Menos potencia).

Si un Segundo caballo hala otro peso de 200 lbs una distancia de 50 ft durante10 segundos, el trabajo realizado es elmismo, esto es 1000 lbs-ft, ya que el peso y la distancia son los mismos que para el primer caballo, sin embargo, eltiempo es diferente:Potencia = Trabajo/Tiempo = 1000 lbs-ft/10 segundos = 100 lbs-ft (Ms poderoso).

1.2 Prime Movers

Grandes motores diesel se usan como prime movers. Producen 500 a ms de 8000 hP (350 a 5600 Kw). Losconstructores de taladros usualmente tienen varios motores juntos para mover todos los equipos, tambin poseenmotores extra disponibles.

Muchos motores de taladros son diesel, ya que pueden producer mucha potencia cuando funcionan lentamente. Losmotores diesel producen mucha potencia a bajas rpm. Tambin se debe tener en cuenta que el diesel es menos voltilque la gasolina, por ello es ms seguro de usar, transportar y almacenar.Un motor diesel toma energa qumica y la convierte en energa mecnica, en fuerza mecnica para darle potencia alequipo del taladro.

1.3 Sistemas de Potencia AC a DC

En un sistema elctrico AC a DC el motor diesel alimenta un generador AC tambin llamado alternador. Desde elgenerador AC la corriente elctrica es enviada al SCR (Silicon Controller Rectifier). Un SCR es un instrumento elctrnicode estado slido de alta tecnologa.

El SCR convierte AC en DC, accionando equipo como:- Bomba de Lodo.- Malacate.- Mesa Rotaria.

El equipo auxiliary como las bombas pequeas y el alumbrado necesita corriente alterna de menor voltaje, se usa untransformador para reducir el voltaje para el equipo elctrico auxiliar del taladro.

1.4 Sistemas de Potencia DC a AC

En esta clase de sistema, los motores diesel le transmiten potencia a feneradores de corriente directa. Desde el

Informacin tcnica del petrleo

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generador, la corriente DC va a un panel de control y a los motores de corriente directa que accionan:a) Las Bombas de Lodo.b) Malacate.c) Rotaria.

Un pequeo generador de corriente alterna tambin es parte del sistema. Se usa para suministrar corriente alterna alequipo que funciona mejor con este tipo de corriente, como la bomba para mezclar qumicos.

1.5 Taladro con Sistema MecnicoLos taladros mecnicos usualmente son ms pequeos que los taladros elctricos. Los motores le transmiten energaal compound, y de all la energa pasa a las bombas de lodo, malacate y sistema de la rotaria.

Los motores accionan una transmission mecnica compuesta la cual transmite potencia a:a) El malacate.b) Sistema de la Rotaria.c) Bombas de Lodo.

El equipo auxiliary como motores pequeos recibe corriente alterna de un alternador conectado al prime mover o motorprincipal.

2. SISTEMA DE POTENCIA AC A DC2.1 Generalidades

La corriente alterna transmitida por los generadores AC va a travs de cables elctricos para trabajos pesados a uninstrumento especial llamado SCR. El SCR convierte AC a DC. Otros cables elctricos para trabajo pesado llevancorriente DC a motores DC. Los motores DC convierten la energa elctrica en energa mecnica para accionar elequipo de levante, circulacin y rotacin del taladro.

2.2 Motor Diesel y Generador AC

Los propietarios de taladros prefieren usar generadores AC porque pueden construirse para ser muy poderosos conrespecto a su tamao, lo cual es una ventaja sobre los generadores DC. El equipo del taladro tambin puede distribuirla corriente AC ms fcil que la DC. Pero la corriente DC tiene ciertas ventajas cuando se accionan grandes equipos;Los motores DC producen mucho torque a bajas RPM y a baja velocidad, lo cual puede controlar fcilmente elperforador.

- Los generadores AC son muy poderosos para su tamao.- AC es ms fcil de distribuir que DC.

Usando los controles en su consola para controlar el panel del SCR el perforador puede seleccionar y obtener lapotencia desde varios generadores cuando lo requiera.

Pero algunos generadores AC alimentan grandes motores, de hecho la mayora de los taladros elctricos diesel de laactualidad usan generadores AC en un sistema llamado SCR. A medida que el motor acciona mecnicamente elgenerador AC, el generador produce corriente alterna o electricidad AC. AC es como la corriente usada en muchasciudades y hogares.

2.3 Interruptor del SCR y Engrane Mecnico

1. Convierte AC en DC.2. DC se prefiere para velocidad variable precisa y alto torque.3. Silicon Controlled Rectifier son componentes elctricos en estado slido.

El equipo en esta cabina elctrica convierte o rectifica (es el trmino elctrico) la mayora de la corriente AC producidapor los generadores AC en corriente DC. Como se mencion antes, los propietarios de los taladros usualmente prefierencorriente DC para accionar equipo muy grande, control de velocidad variable precisa y alto torque. El equipo de controlincluye components elctricos de estado slido llamados controles rectificadores de slice o SCRs. Los cables elctricosde trabajo pesado salen de la cabina elctrica llevando corriente DC a los poderosos motores que accionan el equipode levante, circulacin y rotacin.

2.4 Motores DC

Usualmente grandes motores DC le suministran potencia a las bombas de lodo, malacate y mesa rotaria o top drive.




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Algunas veces el malacate acciona mecnicamente la mesa rotaria, pero en algunos equipos la rotaria tiene su propiomotor. El perforador puede controlar la velocidad del motor DC con mucha presicin, por ello se prefieren los motores DCsobre los AC.

- Con un control preciso de la velocidad, el perforador puede manipular mejor el malacate, la bomba de lodo y la mesarotaria.

2.5 Motores ACAlgunos elementos pequeos del taladro tambin necesitan potencia. Por ejemplo las bombas centrfugas mueven lododesde un tanque para supercargar la entrada de las bombas de lodo. En este caso es ms eficiente usar pequeosmotores para alimentarlas en lugar de usar los motores principales, fluido hidrulico o aire. Otro motor AC suministrapotencia a las aspas de un agitador de lodo en los tanques de mezcla.

Los motores AC generalmente le suministran energa al equipo que no requiere mucha potencia, por ello usan unapotencia de 1 hP (0.75 KW) a 150 hP (100 KW).

Ventajas de los motores DCFcil control de la velocidad.Alto torque a baja velocidad.

Suministran energa a equipo grande.Ventajas de los motores ACSuministran potencia a equipo pequeo.La potencia es fcil de transmitir y distribuir.

3. SISTEMAS DE POTENCIA DC A DC 3.1 Generalidade

Para distribucin elctrica. Fue el primer sistema de potencia 1elctrica. Cada motor acciona un generador DC, el cualconvierte la energa mecnica rotatoria del motor diesel en electricidad DC. Los cables elctricos para trabajo pesadollevan la electricidad DC a travs del panel de control, a grandes motores DC de 1000 hP (700 KW). Los motores DCconvierten energa elctrica en energa mecnica para suministrar potencia al sistema de levante, rotacin y circulacin deltaladro.3.2 Motores DC

Para accionar los equipos grandes de un taladro se prefieren motores DC sobre los AC. Los motores DC proporcionanalto torque, fuerza de torsion a baja velocidad. Adems el perforador puede controlar fcilmente el torque desde suconsola en el piso de perforacin.

Tenga en mente todos los avances tecnolgicos recientes con control computarizado y motores AC de velocidad variablelos cuales se usan en lugar de los motores DC que se usaban en el pasado. Los motores AC con velocidad variable seestn usando ms que los motores de DC.

3.3 GENERADOR DE AC ALTERNADOR

Genera electricidad AC que los taladros DC a DC necesitan. El alternador suministra potencia a: Pequeos motores y bombas centrfugas. Acondicionadores de aire. Luces. Ventiladores. Dispensadores de agua.

4. POTENCIA MECNICA

4.1 Generalidades

1 HP = 550 lbs-ft/second.1 Joule = 1 N*m.1 Joule/second = 0.102 Kg*m/sec.1 HP = 746 Joules/sec.1 HP = 76.1 Kg*m/sec.

Los taladros mecnicos normalmente combinan o conectan dos o ms motores para accionar el equipo de bombeo,de rotacin, de levante y de circulacin. Generalmente los equipos de perforacin en tierra pequeos y medianos sonmecnicos. Usan clutches, compounds, cadenas, ejes, correas, transmisiones compounding




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controles neumticos en la consola para engranar y desengranar los clutches, en equipos como el malacate. Lacuadrilla puede usar herramientas que funcionan con aire, como una pulidora. Tambin usan winches de aire paralevantar o mover equipo relativamente liviano en el piso de perforacin.

Muchos motores diesel en los taladros tienen un starter de aire, el cual es un motor operado con aire que acciona elcigeal del motor para encenderlo. Finalmente, el compensador de movimiento de un taladro flotante opera una grancantidad de aire comprimido para compensar los movimientos del barco y mantener la sarta de perforacin en su posicin.

5.5 Compresor de Aire del TaladroUn sistema de compresin de aire suministra presin de aire para operar los controles neumticos, vlvulas yherramientas en el taladro. Los taladros usan compresores reciprocantes o compresores de tornillo giratorio paracomprimir el aire.

Un compresor de aire reciprocante tpico tiene dos, tres o cuatro pistones, movindose dentro de cilindros. El compresortoma aire de la atmsfera y eleva su presin, comprimindolo. Los tanques almacenan una cantidad dada de airecomprimido, listo para usarse cuando se necesite

Consideraciones de seguridad al trabajar con presin:

El aire, comprimido a 100 lbs/in2 o 670 KPa puede ser peligroso. Debe tenerse cuidado cuando se trabaje en o

alrededor de sistemas de aire. Siempre use su equipo de proteccin personal: Gafas tipo Goggles. Casco. Proteccin auditiva. Ropa de trabajoNunca intente abrir un componente de un sistema de aire o una seccin de tubo si no est seguro de que todo el aire seha aliviado primero.

Cheqee regularmente la presin y la temperatura para asegurarse de que se encuentran en un nivel apropiado. Tambininspeccione los tubos y recipientes par ver si tienen corrosin. Si hay fuego en el taladro, cualquier ruptura del sistema deaire incrementar la magnitud de las llamas.

6. INSTRUMENTOS DEL TALADRO

6.1 Generalidades

Un equipo de perforacin tiene muchos instrumentos y medidores. Estos ayudan al perforador y a otros miembros de lacuadrilla a monitorear la perforacin del pozo. Los instrumentos del taladro vandesde los ms bsicos hasta computadores sofisticados con displays.

6.2 Consola del Perforador

Es la estacin de trabajo del perforador en el piso de perforacin. Tiene varios instrumentos y medidores, todos sirven paraque el perforador monitoree el proceso y mantenga al personal informado de la situacin. Los indicadores de la consoladel perforador incluyen:

Indicador de Peso. Indicador de la Rata de la Bomba. Indicador de Presin de la Bomba de Lodo. Indicador de Velocidad de la Rotaria. Indicador de Torque de la Rotaria. Indicador de Torque de las Llaves de Potencia. Indicador de la Rata de Flujo del Retorno de Lodo. Indicador del Nivel de los Tanques. Indicador de Volumen del Tanque de Viaje.

6.3 Indicador de Peso

es el indicador ms grande que hay en el panel del perforador. Indica el peso en el gancho y el peso sobre la broca(WOB).

El peso en el gancho es la cantidad total de peso suspendido en el bloque. WOB es la cantidad de peso que la sartaejerce sobre la broca. Es menor que el peso en el gancho. El indicador de peso es extremadamente sensible a loscambios de peso en el gancho. Los perforadores pueden usar los cambios de peso para monitorear los arrastres o




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friccin que las paredes del pozo ejercen sobre la sarta de perforacin cuando la tubera se mueve hacia arriba o abajo; odebido a que es tan preciso, el perforador puede usarlo para monitorear la operacin de herramientas de fondo de pozoque requieren pequeas variaciones de peso.

6.4 Indicador de la Rata de la Bomba

Muestra el nmero de veces que el pistn de la bomba de lodo se mueve por minuto, uno para cada bomba. Elperforador puede determinar la cantidad total de lodo que se est bombeando.

Pump Rate * Number of piston * Amount of mud = Total volume ofEach piston moves Mud Pumped.

6.5 Indicador de Presin de la Bomba

Le muestra al perforador la cantidad de presin generada por la bomba. La presin se bombea desde el stand pipe paraasegurar que es la cantidad correcta necesaria para mantener el hueco limpio, y retorno de cortes a la superficie.

6.6 Tacmetro de la Rotaria

Muestra las RPM de la mesa rotaria o Top Drive. Los perforadores monitorean las RPM porque necesitan saber la rata ala cual est girando la broca. Diferentes brocas rotan a distintas RPMs; las RPM para una broca son especificadas por

el fabricante.6.7 Indicador de Torque de la Rotaria

Sirve para saber cuanto torque le est aplicando la rotaria a la sarta de perforacin. Evita que el perforador parta la sartade perforacin debido a demasiado torque en la rotaria. Esto se conoce como twisting off.

6.8 Indicador de Torque de la Llave

Le ayuda al perforador y a la cuadrilla a conectar el drill pipe y drill collars con la cantidad adecuada de torque. Si eltorque no es suficiente la conexin tiene fugas o se desenrosca; Si se aplica mucho torque las roscas se daan o separten. Un torque insuficiente puede conducir a corrosin severa.

6.9 indicador de la Rata de Flujo de Retorno de Lodoproporciona una indicacin relativa de cuanto lodo est retornando en el flow line. El sensor est localizado en la lneade retorno de lodo. Un aspa dentro del flow line se mueve a medida que el lodo pasa, enviando una seal a un panelmontado en la consola del perforador. El perforador setea el panel de forma que el flujo constante sea normal, con unavelocidad constante de lodo la alarma no se activa.

Sin embargo, cuando el flujo de retorno cambia incrementndose o disminuyendo, el movimiento del aspa tambincambia. Un cambio en el movimiento del aspa enva una seal al panel del perforador y suena o se ilumina unaalarma.Un cambio en la rata de retorno del lodo puede indicar una de las siguientes posibilidades:

Si la rata de flujo disminuye, puede haber prdida de lodo en las formaciones de fondo de pozo. Si la rata de flujo aumenta, los fluidos de formacin pueden haber entrado al pozo y estar forzando el lodo haciaafuera. Por eso, el indicador de la rata de flujo de retorno de lodo puede ayudarle al erforador a detectar patadas yprdidas de circulacin.

6.10 Indicador del Nivel del Tanque de Lodo

Los tanques de lodo tienen flotadores especiales. Los flotadores se mueven hacia arriba o hacia abajo dependiendo delnivel de los tanques, si se incrementa o disminuye. El flotador enva seales a paneles digitales, montados en la consoladel perforador. Este panel totalizador toma la seal de nivel de tanque de todos los tanques, los muestra en un displayy enva la informacin al registrador de carta cerca al panel en el piso de perforacin, prximo a la consola del perforador.el nivel de lodo en los tanques cae sin estarlo desperdiciando, puede ser una prdida de circulacin. Si el nivel aumenta,se trata de una patada.

6.11 Indicador de Volumen del Tanque de Viaje

Ayuda al perforador a monitorear la cantidad de lodo desplazada por la tubera o herramienta de cable que se estcorriendo dentro o fuera del pozo. La cuadrilla calcula el desplazamiento de los tubulars antes de cada viaje usando lastablas de un manual. Despus, durante el viaje, comparan los volmenes calculados con el desplazamiento real. Unmonitoreo cercano de este tanque durante los viajes de tubera es crucial para controlar adecuadamente el pozo.




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