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N U A L D E M O T O R E S
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f o r a c i ó n
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MANUALDE MOTORES
DE PERFORACIÓN
— Edición 2010 —
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Toro Downhole ToolsManual de motores de perforaciónEdición 2010 Rev. E
Este Manual de motores de perforación es sólo para fines informativos. Suobjetivo es ser una ayuda para el operador y se suministra a fines informativose ilustrativos solamente. Toro Downhole Tools (Toro) ha tomado todas lasprecauciones en cuanto a la exactitud del contenido y la información aquípresentadas; sin embargo, Toro no declara ni otorga garantía alguna acerca dela exactitud ó de la interpretación individual de la información presentada eneste manual. Además, Toro no se hace responsable por pérdidas ó daños a
cualquier bien; lesiones ó la muerte de cualquier persona; ó reclamos,demandas, acciones, denuncias, procesos, juicios, pérdidas, daños,indemnizaciones, responsabilidades, costos ó cargos que se deriven de algunamanera de la utilización no autorizada ó no dirigida de este manual ó lainformación que contiene.
Nota: Los datos y la información técnica de este Manual están sujetos acambios sin aviso previo.
Toro Downhole Tools16626 FM 2920Tomball, TX 77377EE.UU.Tel: 281-580-8676Fax: 281-580-8675Sitio Web: torotools.com
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ÍNDICE
Introducción a los motores de perforación .......................................... 1
Diseño del motor de perforación .......................................................... 2
Empalme superior ............................................................................. 2Sujetador de seguridad .................................................................... 2Sección de potencia ......................................................................... 3
Perfiles de la sección de potencia ............................................. 3Elastómeros de la sección de potencia .................................... 3
Sección de acoplamiento ................................................................. 4Sección de cojinetes ......................................................................... 4
Estabilizadores para el entorno de la barrena ......................... 4Caja de la barrena ............................................................................. 5
Aplicaciones de los motores de perforación ......................................... 6
Aplicaciones en perforaciones de rendimiento (hoyos rectos) ...... 6Aplicaciones en perforaciones direccionales (dirigidas) ................ 7
Estabilización de desplazamientos ........................................... 7Alojamiento con curvatura ajustable ........................................ 7
Aplicaciones de perforación con aire/espuma ............................... 8Cálculos del volumen de aire ..................................................... 8Cálculos del volumen de aire-espuma ...................................... 8Recomendaciones de lubricación ............................................. 8Válvulas de descarga ................................................................. 9Válvula de charnela .................................................................... 9Recomendaciones operativas ................................................... 9
Aplicaciones en extracción de núcleos ............................................ 9
Aplicaciones en perforación de tuberías de revestimiento ............ 9Aplicaciones en conjuntos de fondo de pozo de sacrificio........... 10 Aplicaciones en alta temperatura .................................................. 10
Pautas para las aplicaciones en alta temperatura ................ 10Aplicación en reparaciones ............................................................ 11 Aplicaciones con tubos enrollados ................................................ 11
Caídas de presión a través de los tubos enrollados .............. 11Rendimiento torsional de los tubos enrollados ...................... 11
Deformación de los tubos enrollados ..................................... 11Control de profundidad de los tubos enrollados .................... 11Aplicaciones con radios cortos ....................................................... 12Aplicaciones con alto nivel de caudal ............................................ 12Otras aplicaciones .......................................................................... 12
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Operación del motor de perforación ................................................... 13
Selección del motor ........................................................................ 13Procedimientos previos a la operación del motor ........................ 13
Armado del motor ..................................................................... 13Configuración del ABH (si lo hubiera) ..................................... 14Verificación del desgaste del cojinete de empuje ................. 16
Prueba de la válvula de descarga (si la hubiera) ................... 17Prueba de caudal del motor .................................................... 17
Recomendaciones para la inserción y la extracción del motor ... 18Inserción en el hoyo ................................................................. 18Bloqueos ................................................................................... 18Extracción del hoyo .................................................................. 18Procedimientos de mantenimiento luego de la extracción ... 19
Consideraciones acerca de la perforación .................................... 20
Caudales ................................................................................... 20Referencias acerca de la perforación ..................................... 20Presión por sobre el fondo ...................................................... 20Presión durante la perforación ................................................ 21Presión de parada .................................................................... 21Rotación del motor ................................................................... 22Factores de tasas de curvatura ............................................... 22
Consideraciones acerca del fluido de perforación ....................... 23Sólidos en el fluido de perforación ......................................... 23Fluidos de perforación con base de petróleo ......................... 24Aditivos para los fluidos de perforación ................................. 24Fluidos de perforación de base acuosa dulce o salada ........ 24
Tablas de solución de problemas ....................................................... 25
Especificaciones de los motores de perforación ................................ 28
Tabla de especificaciones técnicas ............................................... 28Curvas de rendimiento de los motores ......................................... 28Tablas de pronóstico de tasas de curvatura ................................. 29Exención de responsabilidad operativa yde rendimiento de las herramientas ............................................ 29
Motores de perforación de 1-
11
/
16
” 169)
169—56—2 ............................................................................... 30169—56—4.5 ............................................................................ 32Dimensiones de pesca de los motores 169 ........................... 34
Motores de perforación de 2-
1
/
16
” 206)
206—45—3 ............................................................................... 36206—45—7 ............................................................................... 38
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206—56—3 ................................................................................ 40Dimensiones de pesca de los motores 206 ...........................42
Motores de perforación de 2-⅞” 288)
288—56—3 ................................................................................ 44288—78—4 ................................................................................ 46
Dimensiones de pesca de los motores 288 ...........................48
Motores de perforación de 3- ” 313)
313—56—3 ................................................................................ 50313—78—4 ................................................................................ 52Dimensiones de pesca de los motores 313 ...........................54
Motores de perforación de 3-½” 350)
350—56—3 ................................................................................ 56350—78—4 ................................................................................ 58Dimensiones de pesca de los motores 350 ...........................60
Motores de perforación de 3-¾” 375) 375—12—4 ................................................................................ 62375—56—3 ................................................................................ 64375—910—4 .............................................................................66Dimensiones de pesca de los motores 375 ...........................68
Motores de perforación de 4-¾“ 475) 475—56—3 ................................................................................ 70475—56—4 ................................................................................ 72475—56—5 ................................................................................ 74475—56—6 ................................................................................ 76475—78—3 ................................................................................ 78475—910—3 .............................................................................80475—910—3.5 .......................................................................... 82475—910—4 .............................................................................84Dimensiones de pesca de los motores 475 ...........................86
Motores de perforación de 5-½” 550) 550—56—4 ................................................................................ 88Dimensiones de pesca de los motores 550 ...........................90
Motores de perforación de 6-½” 650) 650—12—4 ................................................................................ 92650—56—4 ................................................................................ 94650—56—5 ................................................................................ 96650—56—6 ................................................................................ 98
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650—910—3 ........................................................................... 100650—910—4 ........................................................................... 102Dimensiones de pesca de los motores 650 ......................... 104
Motores de perforación de 6-¾” 675) 675—12—4 ............................................................................. 106
675—34—6 ............................................................................. 108675—56—4 ............................................................................. 110675—56—5 ............................................................................. 112675—56—6 ............................................................................. 114675—78—5 ............................................................................. 116675—910—2 ........................................................................... 118675—910—2.5 ........................................................................ 120675—910—3 ........................................................................... 122
675—910—4 ........................................................................... 124675—910—5 ........................................................................... 126Dimensiones de pesca de los motores 675 ......................... 128
Motores de perforación de 8-0” 800) 800—56—4 ............................................................................. 130800—56—5 ............................................................................. 132800—56—6 ............................................................................. 134800—910—3 ........................................................................... 136800—910—4 ........................................................................... 138Dimensiones de pesca de los motores 800 ......................... 140
Motores de perforación de 8-½ 850) 850—56—4 ............................................................................. 142850—56—5 ............................................................................. 144850—56—6 ............................................................................. 146Dimensiones de pesca de los motores 850 ......................... 148
Motores de perforación de 9-
” 963) 963—34—6 ............................................................................. 150963—56—4 ............................................................................. 152963—56—5 ............................................................................. 154963—56—6 ............................................................................. 156Dimensiones de pesca de los motores 963 ......................... 158
Motores de perforación de 11-¼” 1125) 1125—34—4 ........................................................................... 160Dimensiones de pesca de los motores 1125 ...................... 162
Guía de identificación de las marcas del ángulo ABH ..................... 164
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INTRODUCCIÓN A LOS MOTORES
DE PERFORACIÓN
El motor de perforación (ver la figura 1) es un dispositivo de
accionamiento hidráulico que convierte la energía hidráulica enenergía mecánica. La finalidad del motor es generar la velocidadde rotación (RPM) y el par de torsión necesarios para la operaciónde la barrena. El motor de perforación toma su energía de unasucesión de volúmenes de fluidos de trabajo aislados que seabren camino, bajo presión, a través del motor mediante eldesplazamiento ó la deformación de los espacios a los que seencuentran limitados.
El motor de perforación de fondo de pozo ha experimentado
importantes cambios y mejoras en los últimos 50 añostransformándolo en una herramienta probada y confiable, inclusoen el más riguroso de los entornos de perforación. Hoy en día, lamayoría de las aplicaciones de perforación se han convertido enuna operación con una rutina planificada. Los avancestecnológicos en las herramientas de perforación de fondo de pozohan ayudado a la reducción de los costos de perforación de unpozo. Con el desarrollo de herramientas de fondo de pozodurables y confiables, las probabilidades de realizar un pozo conéxito han mejorado de manera significativa en los últimos años.
La línea de motores de perforación de Toro Downhole Tools (Toro)se adapta por completo a las aplicaciones de perforación de laactualidad.
El foco principal de este manual es el de asistir en la explicaciónde las aplicaciones de perforación, la selección de los motores ylas operaciones. Este manual incluye información acerca de lossiguientes temas:
Diseño del motor de perforación Aplicaciones de los motores de perforación
Operación del motor de perforación
Tablas de solución de problemas
Especificaciones de los motores de perforación
Mediante el suministro de curvas de rendimiento del motorexhaustivas e información operativa, este manual debería resultarde ayuda para proporcionar soluciones efectivas a los desafíos en
las operaciones de perforación. Lea este manual en su totalidad.De la manera habitual, el personal técnico de Toro se encuentra asu disposición para proporcionar la información que resultenecesaria acerca del funcionamiento del motor de perforación.
Figura 1
Motor de
perforación
para fondo
de pozo
Barrena
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DISEÑO DEL MOTOR DE PERFORACIÓN
El motor de perforación de Toro es un motor de desplazamientopositivo (PDM). A medida que se inyecta el fluido de perforación en lacolumna de perforación, el fluido se desplaza a través de las cavidadesde la sección de potencia. La presión del fluido reacciona en contra de
los lóbulos del rotor y las paredes del estator haciendo girar el rotor. Elpar de torsión se transmite entonces a través de la sección deacoplamiento, pasando por la sección de cojinetes y, de allí, a labarrena.
El motor de perforación de Toro está compuesto por 6 componentesbásicos:
Empalme superior
Sujetador de seguridad Sección de potencia
Sección de acoplamiento
Sección de cojinetes
Caja de la barrena
La figura 2 es una vista en corte de todo el motor con la identificaciónde sus componentes básicos.
Empalme superior
El empalme superior, ó buje de empalme superior, como se lo llama aveces, se utiliza para vincular el motor a la columna de perforación. Elbuje de empalme generalmente cuenta con una conexión estándar decaja API que se conecta a la columna de perforación y una conexión declavija patentada que conecta al motor. Los empalmes superiorestambién pueden estar diseñados con un barreno flotante para aquellasaplicaciones que requieren una válvula flotante.
Opcionalmente, puede utilizarse un empalme con válvula de descargaen lugar del empalme superior. El empalme con válvula de descargacumple la misma función que un empalme superior, pero tambiéncontiene una válvula de derivación interna que le permite drenar elfluido de la columna de perforación cuando se extrae la columna delorificio.
Sujetador de seguridad
El sujetador de seguridad permite retirar el motor del pozo en el casopoco probable de fallas en la conexión del motor. El sujetador deseguridad es una parte esencial del motor, en especial cuando las
juntas de la herramienta se encuentran expuestas a cargas excesivasdebidas a aplicaciones de perforación extrema. Este componenteayuda a evitar una operación de pesca de un motor deteriorado en elpozo.
Empalme
Superior
Sujetador
de
seguridad
Sección
de
potencia
Sección
de
acopla-
miento
Sección
de
cojinetes
Figura 2
Caja
de la
barrena
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Sección de potencia
La sección de potencia es la parte del motor queconvierte la energía hidráulica en energía mecánica quehacer rotar la barrena. La sección de potencia estáformada por dos partes, el rotor y el estator (ver la figura3). Cuando trabajan en conjunto, estos dos
componentes forman un sello continuo a lo largo de suspuntos de contacto.
El rotor es una barra de acero aleado de alto carbono conun maquinado de patrón helicoidal de lóbulos múltiples.Cuenta con un recubrimiento cromado para reducir eldesgaste y la corrosión. El rotor puede también seragujereado para permitir que el fluido se desvíe de lasección de potencia con el fin de aumentar la capacidadde caudal del motor.
El estator es un tramo de acero tubular llamado“tambor” que está forrado en su interior con uncompuesto de goma llamado “elastómero”. Elelastómero tiene un patrón de forma de hélice conlóbulos múltiples similar al patrón del rotor. La
diferencia entre el estator y el rotor radica en que el estator posee un “lóbulo” más queel rotor. Basado en que el estator tiene un lóbulo más que el rotor, la relación entre lacantidad de lóbulos del rotor (X) y la cantidad de lóbulos del estator (X+1) se denominacomúnmente como (X):(X+1). Por ejemplo: 1:2, 3:4, 5:6, 9:10, etc.
Perfiles de la sección de potencia
Tomando como referencia la a suderecha los perfiles de la sección depotencia (ó secciones normales)muestran rotores con lobuladosdiferentes dentro de su estatorcorrespondiente. Los perfiles de la
sección de potencia son diseñadoscon relaciones diferentes parapermitir velocidades y pares detorsión específicos de acuerdo a cadaaplicación. La velocidad del motorpuede cambiarse de manera simplecambiando la relación entre lóbulos del rotor y el estator. Generalmente, un númeromayor de lóbulos de rotor y estator da como resultado una sección de potencia conmenor velocidad y mayor par de torsión. Generalmente, un número menor de lóbulosde rotor y estator da como resultado una sección de potencia con mayor velocidad y
menor par de torsión .Elastómeros de la sección de potencia
Toro ofrece dos tipos de elastómeros para el estator: Un compuesto estándar y uncompuesto de alto rendimiento. El elastómero estándar de Toro es una fórmula versátily probada en campo. Posee excelentes propiedades mecánicas y una buena resistenciaa los compuestos aromáticos. El elastómero de alto rendimiento está formulado para suutilización en aplicaciones de alta temperatura y/ó con lodos con base de petróleo.
Figura 3
ROTOR
ESTATOR
Tambor Elastómero
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Sección de acoplamiento
La sección de acoplamientoconsta de dos componentes: elacoplamiento interno y elalojamiento exterior deacoplamiento.
El acoplamiento (ver la figura 4)conecta el extremo inferior delrotor con el extremo superiordel árbol de transmisión. Elacople transmite la velocidadde rotación y el par de torsióndesde el rotor al árbol detransmisión. Además, elacoplamiento convierte el
movimiento excéntrico (de ladoa lado) del rotor en unmovimiento concéntrico (lineal)en el árbol de transmisión. Elacoplamiento cuenta con unmaquinado de precisión paralograr una articulación suave yun mínimo desgaste y, a la vez,proporcionar un par de torsiónóptimo a la barrena.
El alojamiento del acople encaja en el acoplamiento del interiordel motor. El alojamiento del acople proporciona una óptimaubicación para la colocación de una curva en el motor. Si seagrega una curva en el alojamiento del acople, el motor seconvierte en una herramienta direccional. Los alojamientos delos acoples pueden soportar curvas simples de ángulo fijo o unaserie de curvas de ángulo ajustable. Los alojamientos concurvas de ángulo ajustable tienen un rango típico de 0 a 3° o
de 0 a 4° y son de fácil ajuste en el sitio de perforación.
Sección de cojinetes
La sección de cojinetes constituye la mitad inferior del motor.Está compuesta de un árbol que está sostenido por una seriede cojinetes radiales y de empuje. La sección de cojinetes es laque controla la energía mecánica suministrada por la secciónde potencia al árbol de transmisión. El árbol de transmisión
transfiere esta energía a la barrena a través de la caja de labarrena. Los parámetros de perforación, como el peso en labarrena (WOB), la tasa de circulación y la presión diferencial dela barrena, afectan directamente la sección de cojinetes.
La sección de cojinetes de Toro tiene un diseño de cojinetesabiertos (los cojinetes son lubricados por el fluido deperforación). Toro utiliza un diseño de cojinetes de empuje
Figura 5
Figura 4
rotor
movimiento
del Rotor
movimiento
del árbol de
transmisión
alojamiento
del acople
acople
árbol de
transmisión
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apilados de bola y pista para los cojinetes de empuje (vea la figura 5) . Un sistema decojinetes abiertos ofrece la ventaja de permitir presiones diferenciales mayores hacia labarrena comparado con la configuración tradicional de cojinetes sellados.
Los cojinetes de empuje soportan la carga descendente resultante del peso sobre labarrena (WOB), y las cargas resultantes del empuje hidrostático y el peso propio de loscomponentes internos del motor.
Los cojinetes radiales soportan las cargas lateralesdel árbol de transmisión y ayudan a regular el caudaldel fluido de perforación a través del conjunto decojinetes. Una parte del fluido de perforación sedesvía para refrigerar y lubricar los cojinetes. Toroutiliza cojinetes radiales con insertos derecubrimiento de carburo de tungsteno que estánincrustados en una matriz de carburo de tungstenopara maximizar la resistencia al desgaste por las
cargas laterales.
Estabilizadores para el entorno
de la barrena:
Los motores de Toro se encuentran disponibles conla capacidad de agregarle un estabilizador para el
entorno de la barrena sobre el alojamiento delcojinete exterior. Las roscas son talladas sobre eldiámetro externo del alojamiento del cojinete parapermitir la instalación a rosca del estabilizador justoarriba de la barrena. Esta configuración de roscapermite cambiar el estabilizador fácilmente en elsitio de perforación. La figura 7 muestra un motordireccional con un estabilizador para el entorno de labarrena.
Caja de la barrena
La barrena se vincula al motor en la caja de barrena.Para una mayor resistencia y durabilidad, la caja dela barrena está integrada al árbol de transmisión.Los motores de Toro incorporan un dispositivo deseguridad que conecta el cojinete radial inferior conla mitad superior de la caja de la barrena. Estoayuda a proporcionar una seguridad adicional que
evita la pérdida de la barrena en el caso pocoprobable de que el árbol de transmisión se dañeinternamente. La caja de barrena generalmentecuenta con roscas internas talladas de tipo APIregular.
Figura 6
desviador
de flujo
los cojinetes
de empuje
los
cojinetes
radiales
árbol de
transmisión
caja de
barrena
los
cojinetes
radiales
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APLICACIONES DE LOS MOTORES DE PERFORACIÓN
Los operadores, los contratistas de perforación y las compañías de servicio y suministrode herramientas han trabajado con perseverancia durante años para mejorar latecnología de la perforación. La meta común ha sido alcanzar los objetivos deperforación de manera rápida y eficiente, y a un costo razonable. A lo largo de los años,
estos objetivos de perforación se han vuelto más complejos y difíciles de alcanzar. Laentrega de potencia directamente a la barrena se ha hecho cada vez más importante.Hasta hoy, la mejor manera de alcanzar la velocidad de rotación y el par de torsión en labarrena, independientemente de la rotación de la columna de perforación, es con unmotor de perforación de fondo de pozo.
La necesidad de motores en diferentes aplicaciones ha llevado al diseño de varios tiposde motores de fondo de pozo. Estos motores se configuran específicamente a laaplicación de perforación para la cual se necesita. En esta sección, se presentan las
aplicaciones de perforación típicas y los motores correspondientes .
Aplicaciones en perforaciones de rendimiento hoyos rectos)
Un motor de perforación de Toro puede utilizarse en aplicaciones de perforación derendimiento. Al hacer girar la barrena varias veces más rápido que una columna deperforación, un motor puede brindar una mayor tasa de penetración (ROP) de unamanera eficaz. Una vez que el motor le proporciona la rotación a la barrena, se puedereducir significativamente la velocidad de giro (RPM) de la columna de perforación en
comparación con las velocidades de giro de las columnas de perforación estándar.
Un motor de perforación también puede proporcionar control angular en las condicionesadversas que se encuentran comúnmente en muchas aplicaciones verticales.Generalmente, un motor con alojamiento con curvatura ajustable (ABH) puede utilizarse
junto con instrumentación de orientación de una sola inserción. Esta medida es efectivapara correcciones de curso, control angular, inducción y desviaciones.
Comparado con la tecnología de perforación por rotación, los motores de fondo de pozoofrecen beneficios considerables que se deben tomar en cuenta en el análisis
económico entre la perforación con un motor de fondo de pozo o sin él. Los beneficiosde perforar con un motor de fondo de pozo son:
Una mayor tasa de perforación (ROP)
Reducción de los tiempos de perforación
Menor velocidad (RPM) de rotación de la columna de perforación
Menor desgaste y fatiga en las conexiones de la columna de perforación
Menor par de torsión en la columna de perforación
Menor cantidad de carreras a fondo de pozo Hoyos más rectos, con una configuración más rápida y suave de la
columna de revestimiento
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Aplicaciones en perforaciones direccionales dirigidas)
Cuando se lo utiliza con un alojamiento de acople curvado, unmotor de fondo de pozo puede ser dirigido con herramientas dedireccionamiento por cables de una sola inserción, o conherramientas de telemetría para fondo de pozo (MWD). Losmotores de perforación proporcionan un giro continuo de la
barrena, mientras que la rotación selectiva de la columna deperforación controla la trayectoria del agujero del pozo. Lasaplicaciones que son factibles desde un punto de vista técnico yeconómico con este tipo de sistemas son:
Pozos direccionales con objetivos simples o múltiples.
Pozos horizontales con zonas de producción limitada.
Pozos verticales con tendencia al desvío de sus hoyos.
Toro actualmente ofrece dos tipos básicos de motores
direccionales: Con estabilización de desplazamientos y conalojamiento con curvatura ajustable.
Con estabilización de desplazamientos
El motor con estabilización de desplazamientos está formado porun motor de fondo de pozo recto acoplado a un estabilizadorexcéntrico. El estabilizador excéntrico ayuda a cargar lateralmentela barrena para inducir el cambio deseado en la dirección.Algunas de sus ventajas son:
Mayores tasas de penetración
Curvaturas de pozo más suaves
Mayor control sobre la medida del hoyo
Alojamiento con curvatura ajustable
Los motores con alojamientos con curvatura ajustable (ABH)cuentan con una curva en el alojamiento del acople. Este es eltipo más común de motor direccional. La curva en el motor genera
una desviación del eje de la barrena respecto del eje del hoyo.Esta curva tiene un ángulo de entre 0 y 3 grados. Algunas de lasventajas de este tipo de motores son:
Control direccional en tiempo real.
El cambio en la curvatura del alojamiento cambia la curvaturadel pozo.
El cambio del ángulo de la barrena cambia la dirección de laperforación.
Ayuda a mantener la barrena centrada en el hoyo en lugar deapoyarse en la acción de corte lateral.
Un motor direccional Toro es una opción excelente para lasdemandas impuestas por la perforación direccional. Nuestrosmotores direccionales pueden acoplarse a varios tipos de barrenasde diamante policristalino compacto, de cono de rodillos o dediamante. En la figura 7, se muestra un conjunto de fondo depozo direccional típico con alojamiento con curvatura ajustable.
Figura 7
estabilizador
empalme
superior
estabilizador
estabilizador
sobre el
alojamiento
del cojinete
exterior
ABH
barrena
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Aplicaciones de perforación con aire / espuma
El motor de perforación de Toro se puede usar de forma satisfactoria en aplicaciones deperforación donde el medio circulante es aire o espuma. Debido a que el aire y laespuma son medios compresibles, el motor opera y se comporta de manera diferente ala normal. Además, la presión necesaria para la perforación con aire o espuma esaproximadamente el doble que la necesaria cuando se utilizan fluidos de perforación
estándar. Cuando se lo opera con aire, el motor de perforación tendrá los siguientesatributos:
Requerirá una mayor presión de operación (el doble de lo necesario en laperforación con líquido)
Requerirá de caudales mayores (el triple o el cuádruple en comparación con elcaudal de líquido)
Operará a una velocidad de rotación mayor
Será más sensible a la carga
Se detendrá a una presión menor (menor par de torsión de operación) Requiere de una carga menor sobre la barrena (WOB) para perforar
Cálculos del volumen de aire
Todas las especificaciones de los motores de Toro están basadas en una tasa de caudalde volumen de líquido (galones por minuto o GPM). Para operar el motor con aire, elcaudal de volumen de líquido debe convertirse a un caudal de volumen de aire (piescúbicos por minuto o CFM). Utilice el siguiente cálculo para convertir el caudal delmotor de GPM a CFM:
1 GPM de líquido equivale aproximadamente a 4.25 CFM de aire
Por ejemplo: 400 GPM X 4.25 = 1,700 CFM (estimado)
Cálculos del volumen de aire-espuma
Cuando se utiliza aire con espuma como medio circulante, se recomienda la inyección
de 3 ½ a 4 ½ CFM de aire y 10 a 100 GPM de espuma.
Recomendaciones de lubricación
La operación del motor con aire sin una lubricación adecuada dará como resultadodaños graves a los componentes internos. Es de vital importancia utilizar una mínimacantidad de lubricante (de acuerdo con la capacidad de la formación, el equipodisponible, etc.). A continuación, se muestra una lista de lubricantes que puedenutilizarse de forma satisfactoria en un motor operado con aire.
Jabón líquido — 0.5 a 1 galón por barril de agua Grafito — 4 a 6 libras por barril de agua
Gel — 0.5 a 1 libra por barril de agua
Aceite — 0.1 a 0.6 galón por hora
Los lubricantes se deben inyectar en el sentido descendente de los compresores de airepara evitar la contaminación.
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Válvula de descarga
No debe utilizarse una válvula de descarga en un motor que opera con aire/espuma. Siel motor está equipado con una válvula de descarga, reemplácela con un buje deempalme.
Válvula de charnela
Debe utilizarse una válvula de charnela para controlar la purga cuando se utilizanherramientas operadas por cables. Las válvulas flotantes deben colocarseinmediatamente por encima del motor y en la superficie para evitar el reflujo. Serecomienda también colocar válvulas flotantes de la columna de perforación cada 1000pies para un mayor control.
Recomendaciones operativas
Antes de poner en marcha el compresor de aire, coloque el motor en el fondo. Apliqueuna pequeña carga en la barrena mientras bombea el aire. No permita que la
herramienta opere sin estar en contacto con el fondo. Si se le permite al motor girarlibremente sin estar en contacto con el fondo, la velocidad de rotación de la barrenaaumentará rápidamente a medida que el aire comprimido se expanda a través delmotor. Una velocidad de rotación excesiva puede dañar el motor. Tales daños puedenser:
Daños al estator debido a la fricción y al calor
Daños a los cojinetes de empuje debido a la fricción y al calor
Daños a los cojinetes de empuje si se aplica una carga repentina a la barrena
Apague el compresor de aire antes de izar la barrena. Permita que el aire comprimidodrene hasta que la presión en la columna reguladora sea igual a presión en el anillo.
Aplicaciones en extracción de núcleos
El motor de fondo de pozo es la herramienta ideal para la aplicación de extracción denúcleos. Los motores de baja velocidad son especialmente adecuados para laextracción de núcleos debido a su alta capacidad de par de torsión. Si cuentan con unaconfiguración correcta, los motores pueden conducir saca núcleos de hasta 90 pies delongitud.
Para utilizar un motor en una aplicación de extracción de núcleos, se requiere de unbuje de bloqueo por bola especial entre el motor y el saca núcleos. El incremento delcaudal genera que la bola de bloqueo de acero caiga en este buje especial, redirigiendoel caudal hacia el anillo entre el tubo interior y el tubo exterior del saca núcleos para laoperación de extracción de núcleos.
Aplicaciones en perforación de tuberías de revestimiento
La realización de la perforación y la colocación de tuberías de revestimiento de diámetroimportante de forma simultánea ha ahorrado mucho tiempo de puesta en marcha tanto
en operaciones en tierra como en el mar. Esta operación se realiza con una tubería derevestimiento, la cual es un conjunto formado por: una barrena, un motor Toro, un bujede chorro, collares de perforación y bujes de empalme. Todos estos elementos estánsuspendidos por una herramienta que se encuentra sujeta dentro de la tubería deconducción preensamblada. Cuando se alcanza la profundidad deseada, se desvinculay extrae el conjunto de perforación, dejando la tubería de conducción en el sitioindicado. La herramienta y la técnica de perforación con tubería de revestimiento seutilizan generalmente en formaciones aluviales no consolidadas.
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Aplicaciones en conjuntos de fondo de pozo de sacrificio
Otra aplicación similar a la perforación con tubería de revestimiento es la utilización deun motor de perforación en conjuntos de fondo de pozo de sacrificio. El motor opera enel agujero al extremo de la última columna de tubería. El objetivo del motor es perforarcualquier área colapsada del hoyo mientras se coloca la columna de tubería. El motorse cementa en el agujero junto con la columna de tubería. Toro ofrece un motor de
diseño económico específico para este tipo de operaciones.
Aplicaciones en alta temperatura
La mayoría de las aplicaciones tienen temperaturas de fondo de pozo inferiores a 250°F (120°C). Los motores Toro (con elastómero de estator estándar) están diseñadospara estas aplicaciones. Las aplicaciones con temperaturas de fondo de pozosuperiores a los 250°F se consideran aplicaciones de alta temperatura. Un motor Toro,con elastómero de alto rendimiento, es capaz de operar en temperaturas de hasta
350°F (175°C). Un motor Toro correctamente equipado puede operar incluso atemperaturas superiores, aunque sólo por un período de tiempo limitado. Para lamayoría de las aplicaciones de alta temperatura, debe esperarse una reducción en lavida útil del motor.
Es importante señalar que las secciones de potencia de un motor de perforación estándiseñadas con una interferencia de ajuste determinada entre el rotor y el estator. Paraque el motor de perforación opere de manera eficiente, la interferencia del ajuste debemantenerse dentro de un rango especificado. Una temperatura de fondo de pozo altapuede hacer que el elastómero en el interior del estator se expanda, incrementando lainterferencia del ajuste. Este incremento en la interferencia de ajuste puede dar comoresultado daños al estator y reducir la vida útil del motor. Por lo tanto, es muyimportante que el motor de perforación posea una interferencia de ajuste adecuadapara utilizarlo en operaciones de perforación de alta temperatura.
Pautas para las aplicaciones en alta temperatura
Se recomiendan las siguientes pautas en caso de aplicaciones con temperatura decirculación de fondo de pozo (BHCT) superior a 250°F (120°C):
Comuníquese con un representante de Toro para preparar un motor conun elastómero y una interferencia de ajuste adecuados para su utilizaciónen una aplicación de alta temperatura.
Coloque el motor en el agujero:
Una vez alcanzada la profundidad en la que la temperatura seestima aproximadamente en 250°F (120°C) o superior, detengael descenso y haga circular fluido de perforación enfriado poralgunos minutos para reducir la temperatura del conjunto de fondode pozo.
Continúe realizando este proceso en etapas de 500 a 1000 pieshasta alcanzar la profundidad de operación.
Los períodos sin circulación (para controles de topografía, orientación,etc.) deben ser lo más cortos e infrecuentes como sea posible.
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Aplicación en reparaciones
Los problemas de perforación en reparaciones pueden solucionarse fácilmente con unmotor de perforación Toro. El motor puede utilizarse para:
Perforación a través de puentes de arena y tapones de cemento
Retiro de formaciones de parafina
Fresado de ventanas Perforación horizontal
Aplicaciones con tubos enrollados
Los motores Toro pueden utilizarse en muchas aplicaciones diferentes con tubosenrollados. Se han ejecutado con éxito trabajos de reparación, producción y perforacióncon un motor de perforación de fondo de pozo. Los siguientes son puntos importantes a
tener en cuenta en la planificación de la utilización de un motor con tubos enrollados:
Caídas de presión a través de los tubos enrollados
A diferencia de las operaciones de perforación convencionales, la longitud de los tubosenrollados, en la bobina o fuera de ella, es un parámetro fijo en todo momento. Debenrealizarse los cálculos hidráulicos para asegurar que el rango de caudal recomendadodel motor deseado pueda ser alcanzado dentro de la máxima presión de trabajo de lasbombas y del tubo enrollado.
Rendimiento torsional de los tubos enrollados
El par de torsión máximo de parada del motor no debe exceder del 80% del rendimientotorsional de la tubería en perforaciones verticales, ni el 50% del rendimiento nominal enperforaciones direccionales. Una cifra menor en las aplicaciones direccionales permiteuna mayor rigidez de la bobina para lograr un frente de trabajo más estable. Todas lasdemás aplicaciones deben ajustarse a la regla del 80%. Las propiedades mecánicas delos tipos y tamaños más populares de tubos enrollados se pueden encontrar en losmanuales de los fabricantes.
Deformación de los tubos enrollados
Se encuentra disponible un programa de computadora para calcular la carga máximasobre la barrena para un determinado perfil de perforación direccional u horizontal.Para aplicaciones verticales, se recomienda que los collares de perforación se operancon un diámetro exterior y una longitud suficientes para mantener el tubo tensionadomientras se le proporciona una carga suficiente la barrena.
Control de profundidad de los tubos enrollados
El control de profundidad es crítico en aplicaciones con tubos enrollados, especialmenteen pozos de profundidades (mayores a 5000 pies). Se recomienda utilizar al menos dosmétodos de seguimiento de profundidad. Generalmente, se utilizan simultáneamentedispositivos de rastreo mecánicos y electrónicos y sus lecturas se comparan paradeterminar la precisión durante la tarea. En ausencia de un sistema de respaldo, sepuede fijar el tubo enrollado a mano durante la inserción/extracción.
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Aplicaciones con radios cortos
Los motores de perforación Toro, generalmente, de diámetro exterior de 4-3/4” ymenores, pueden utilizarse en aplicaciones con radios cortos. La perforación de radiocorto es una aplicación altamente especializada de los motores de perforación y cadapozo requiere de un análisis profundo acerca de la columna de perforación y el conjunto
de fondo de pozo. Recomendamos comunicarse con un representante de Toro antes deplanificar un trabajo de perforación con radio corto.
Aplicaciones con alto nivel de caudal
Ciertas aplicaciones requieren la utilización de alto nivel de caudal con el objetivo demantener el hoyo limpio, reducir la temperatura de fondo de pozo, retirar los recortes,etc. Para ampliar el rango de caudales de un motor, puede utilizarse un rotor perforadoen la sección de potencia del motor. Un rotor perforado permite la desviación de una
cierta cantidad de fluido de perforación a través de la sección de potencia permitiendoasí que el motor pueda manejar caudales más altos que los normales. Generalmente,un rotor perforado utiliza una boquilla seleccionable para controlar la cantidad de fluidoque se deriva a través del centro del rotor. Para evitar efectos adversos en elrendimiento del motor, se debe tener especial cuidado en la selección de la boquilla.Comuníquese con un representante de Toro para obtener recomendaciones para el usode un motor con rotor perforado y boquilla.
Otras aplicaciones
Hay motores Toro disponibles para otras aplicaciones como:
Perforación dirigida horizontal (HDD)
Minería
Perforaciones geotérmicas
Fresado de fondo de pozo
Aperturas de hoyos
Ensanchamiento por barrena Hincado de pilotes
Colocación de tubería de revestimiento
Perforación con plantilla
Comuníquese con un representante de Toro por mayor información acerca de losmotores para estas y otras aplicaciones en perforación.
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OPERACIÓN DEL MOTOR DE PERFORACIÓN
Selección del motor
La operación de perforación puede resultar muy compleja y requerir una planificacióndetallada para cualquier tipo de aplicación. Se deben tener en cuenta varios factores
en la selección de un motor para una aplicación en perforación. Los factores a tener encuenta son los siguientes:
Tamaño del hoyo
Tipo de barrena
Velocidad requerida por la barrena
Par de torsión requerido por la barrena
Carga sobre la barrena (WOB)
Caída de presión a lo largo de la barrena
Caudal/velocidad anular requerida para limpiar el hoyo Tipo de lodo (composición)
Temperatura de circulación de fondo de pozo
Especificaciones de la columna de perforación
Ubicación del estabilizador
Perfil del pozo
Logística del emplazamiento
Procedimientos previos a la operación del motor
La operación apropiada y eficiente de un motor Toro depende de la operación de laherramienta dentro de los parámetros definidos en las especificaciones de laherramienta y en el seguimiento de los procedimientos recomendados para la operacióndel motor. Las especificaciones se enumeran en este manual para cada uno de lostamaños de la herramienta y los siguientes son los procedimientos recomendados parala operación del motor:
Precaución: Deben utilizarse gafas de seguridad, zapatos con puntera de
acero y casco de seguridad mientras se realice cualquiera de los siguientes
procedimientos. Al mismo tiempo, deben respetarse todos los procedimientos
de seguridad del piso de la torre. Debe verificarse el cumplimiento de las
especificaciones adecuadas en cuanto a la condición operativa y los
parámetros de operación de los equipos de elevación y torsión antes de su
utilización.
Armado del motor
1. Coloque la barrena en el motor utilizando un suelta barrenas y colocando lastenazas en la caja de barrena del motor.
Precaución: En el caso de utilizar un buje de empalme de barrena o unadaptador de roscas, la longitud total del buje debe ser lo suficientementecorta como para aceptar tenazas de conexión (el largo máximo recomendadoes de 10 pulgadas o 254 mm). Las longitudes mayores a la mencionadapueden dañar o reducir la vida útil de los cojinetes y/o producir la rotura delárbol de transmisión dando como resultado la pérdida del buje y de la barrenaen el hoyo.
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2. Si el motor no se ha utilizado por un período prolongado de tiempo, serecomienda seguir los pasos a continuación antes de usarlo:
Coloque las tenazas de conexión en el alojamiento de acople y, conla barrena en el suelta barrenas, gire lentamente la mesa rotatoriauna o dos vueltas hacia la izquierda.
— O PUEDE —
Coloque las tenazas de conexión en el alojamiento de acople,bloquear la mesa rotatoria y tirar de las tenazas para así rotar elestator una o dos vueltas hacia la derecha.
Nota: No coloque tenazas en el conjunto de cojinetes, ya que esto puedepellizcar los componentes internos e impedir que el motor gire.
3. Baje la herramienta dentro de las cuñas y sujétela con una abrazadera decollar de perforación antes de retirar o colocar otros equipos.
4. Si fuera necesario, se puede colocar un buje flotante inmediatamente porencima de la herramienta. Un buje flotante evitará los problemas relativos a laobturación de la barrena y del motor durante la inserción en el hoyo.
No atornille las juntas en el buje superior del motor girando el motor conla mesa rotatoria. La barrena puede colgar de la pared de la tubería derevestimiento y desatornillar las juntas internas de la herramienta o hacerque la barrena se desatornille.
Para evitar que las juntas internas sedesatornillen, se debe girar la caja debarrena únicamente hacia la izquierdarespecto del alojamiento del motor porencima de ella.
Configuración del ABH (si lo hubiera)
La configuración del alojamiento con curvaturaajustable es una operación bastante simple. A
continuación se especifica el procedimiento para laconfiguración del alojamiento con curvaturaajustable de Toro:
1. Coloque las tenazas en las áreas que semuestran en la figura 8.No coloque las tenazas en la manga de
orientación.
2. Separe la conexión del ABH.
3. Desatornille el alojamiento inferior del ABH dedos a cuatro giros completos.
4. Tomando como referencia la figura 9, deslice lamanga de orientación hacia abajo paradesacoplar los dientes de enclavamiento.
Figura 8
las tenazas zona
No coloque
las tenazas en
la manga de
orientación
ABH superior
ABH inferior
orientación
de la manga
las tenazas zona
Caja de la
barrena
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5. Para ajustar el ángulo de curvatura, gire lamanga de orientación (no más de ½ giro encualquier dirección) hasta que la marca delángulo de curvatura deseado esté alineadacon la marca del mismo ángulo de curvaturadel alojamiento superior del ABH.
6. Tomando como referencia la figura 10, deslicela manga de orientación hacia arriba demanera que los dientes de interconexión esténtotalmente acoplados.
7. Compruebe que las marcas del ángulo decurvatura deseado estén alineadas tanto en elalojamiento del ABH superior como en lamanga de orientación. Si esto no sucediera,vuelva a ajustar la manga de orientación hasta
que las marcas del ángulo de curvaturaqueden alineadas.
8. Aplique grasa para roscas a la cara inferiorde la manga de orientación.Precaución — No utilice compuestos fijadoresde roscas en las conexiones del ABH.
9. Mientras mantiene la manga deorientación totalmente acoplada en elalojamiento superior del ABH, enrosqueel alojamiento inferior del ABH hastaque se apoye contra la manga deorientación.
10. Coloque las tenazas en las áreas quese muestran en la figura 8 y aplique el
par de torsión correspondiente a laconexión. Consulte la tabla de la páginasiguiente para ver los valoresrecomendados de pares de torsión delABH.
11. Las marcas del ángulo de curvatura delalojamiento superior del ABH y lamanga de orientación que coinciden yestán alineadas entre sí indican el
ángulo del ABH. Además, las marcasque coinciden y están alineadas entresí indican el lado alto de laherramienta.
Nota: la Guía de identificación de lasmarcas del ángulo ABH se encuentra en la
parte final de este manual.
Figura 9
ABH superior
ABH inferior
orientación
de la manga
Caja de la
barrena
Figura 10
ABH superior
ABH inferior
orientación
de la manga
Caja de la
barrena
aplique grasa para
roscas a la cara
inferior de la manga
de orientación
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Verificación del desgaste del cojinete de empuje
Se recomienda que antes de volver a hacer funcionar un motor en el hoyo, seinspeccione el desgaste de los cojinetes de empuje. El desgaste de los cojinetes de
empuje puede determinarse fácilmente por la cantidad de juego que tiene el árbol detransmisión entre la cara posterior de la caja de barrena y el extremo del alojamiento delos cojinetes. El párrafo siguiente describe como verificar el juego permitido que puedetener la caja de barrena:
1. Eleve el motor por sobre el piso de la torre y déjelo colgar libremente por sobreel suelo. Tomando como referencia la figura 12, mida la distancia (L1) entre laparte inferior del alojamiento de los cojinetes y la parte superior de la caja debarrena.
2. Baje el motor, hasta que quede apoyado por completo sobre el piso de la torre.Mida la distancia (L2) en el mismo lugar.
3. Para determinar el desgaste de los cojinetes de empuje, tome el resultado dela resta de L1 menos L2.
Figura 12
Cojinete de empuje controlar
desgaste
caja de la
barrena
conjunto
del
cojinete
Motor OD Inglés Métrico Motor OD Inglés Métrico
2-7/8 (288) 2,200 ft-lbs 3,000 N-m 6-1/2 (650) 23,000 ft-lbs 31,000 N-m
3-1/8 (313) 2,700 ft-lbs 3,600 N-m 6-3/4 (675) 25,000 ft-lbs 34,000 N-m
3-1/2 (350) 3,800 ft-lbs 5,100 N-m 8-0 (800) 35,000 t-lbs 47,000 N-m
3-3/4 (375) 4,600 ft-lbs 6,300 N-m 8-1/2 (850) 38,000 ft-lbs 51,000 N-m
4-3/4 (475) 7,000 ft-lbs 9,500 N-m 9-5/8 (963) 61,000 ft-lbs 83,000 N-m
5-1/2 (550) 16,000 ft-lbs 21,700 N-m
ABH — Los valores de par de apriete recomendado
Tamaño del motor
in)
L1) - L2)
in)
L1) - L2)
mm)
2-7/8 (288) 0.12 3.0
3-1/8 (313) 0.12 3.0
3-1/2 (350) 0.12 3.0
3-3/4 (375) 0.12 3.0
4-3/4 (475) 0.12 3.0
5-1/2 (550) 0.18 5.0
6-1/2 (650) 0.18 5.0
6-3/4 (675) 0.18 5.0
8-0 (800) 0.25 6.0
8-1/2 (850) 0.25 6.0
9-5/8 (963) 0.28 7.0
11-1/4 (1125) 0.30 8.0
Permisible desgaste de los cojinetes
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4. o use el motor si el desgaste de los cojinetes de empuje supera el valordetallado en la siguiente tabla.
Prueba de la válvula de descarga (si la hubiera)
Antes de poner en marcha el motor, se recomienda realizar una prueba de la válvula de
descarga en todos los que cuenten con una válvula de este tipo.1. Con una vara (por ejemplo el mango de una escoba), aplique presión sobre la
cara cónica del pistón ubicada en la parte superior del motor. La carrera delpistón debe ser de aproximadamente 2 a 3 pulgadas con una presión aplicadamoderada.
2. Llene el cuerpo de la válvula con agua y libere el pistón. El agua debe fluirlibremente por todos los puertos.
Nota: La falla en una válvula de descarga provocada por sólidos deperforación abrasivos puede solucionarse en el sitio de perforación obturandolos puertos antes de operar en el hoyo o reemplazando el buje de la válvula dedescarga con un buje de empalme.
Prueba de caudal del motor
1. Coloque el vástago al motor Toro y baje la caja de barrena por debajo de lamesa rotatoria. Si el motor está equipado con una válvula de descarga, baje el
motor hasta que los puertos de la válvula de descarga se encuentren pordebajo de la mesa rotatoria.
2. Ponga en marcha las bombas del sitio. Si el motor está equipado con unaválvula de descarga, utilice solamente las carreras de bombeo necesarias paracerrar la válvula de descarga y operar el motor. Utilice el mínimo caudaldurante los primeros giros y luego incremente el caudal tan lentamente comosea necesario.
3. Levante el motor lo suficiente como para inspeccionar visualmente que el bujede barrena se encuentre girando y que la herramienta se encuentre operando.Si el motor está equipado con una válvula de descarga, y luego de verificarvisualmente la rotación, baje el motor hasta que los puertos de la válvula dedescarga se encuentren por debajo de la mesa rotatoria.
4. Pare las bombas. Si el motor está equipado con una válvula de descarga,mantenga los puertos de la válvula de descarga posicionados por debajo de lamesa rotatoria hasta que la válvula de descarga se abra y se detenga eldrenaje externo.
5. Realice la prueba de forma breve para evitar daños a la barrena, a lasuperficie de la tubería o al preventor de reventones (BOP).
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Recomendaciones para la inserción y extracción del motor
Inserción en el hoyo
Si bien el motor de perforación Toro es una herramienta confiable, puede sersusceptible a daños si no se toman algunos cuidados cuando se inserta la tubería de
perforación. Las siguientes son las recomendaciones para insertar el motor en el hoyo:
Realice la inserción de manera controlada para evitar daños por golpes contrapuentes, anaqueles o zapatos de entubamiento.
Ensanche los espacios angostos encendiendo las bombas y escariandolentamente. Una operación de escariado excesivo puede acortar la vida útildel motor.
Precaución: Para evitar desviaciones cuando se encuentren espaciosangostos en un pozo con control direccional, no deben encenderse lasbombas sin un operador que se especialice en perforaciones direccionales uotra persona con los conocimientos y la responsabilidad necesaria en la torrede perforación.
Si se realizaran inserciones en profundidades extremas y/o con altastemperaturas, se deben hacer paradas para circulación (por etapas en elhoyo). Se recomienda hacer circular fluido en la columna de perforación, cada500 a 1000 pies, por algunos minutos con un volumen y presión mínimos
necesarios para encender el motor.
Si se requiere de una circulación extendida dentro de la tubería derevestimiento, balancee el vástago de perforación para evitar un desgastelocalizado de la tubería de revestimiento.
Si la columna de perforación cuenta con una válvula flotante o si lascaracterísticas del fluido impiden su fácil circulación, se recomienda laejecución de paradas periódicas para el llenado de la tubería de perforación.
Precaución: Reduzca al velocidad de inserción cuando se aproxime a losúltimos 60 a 90 pies del hoyo, ya que puede haberse llenado el fondo delagujero o el recuento de tuberías puede ser incorrecto.
Bloqueos
Si la columna de perforación no posee una válvula flotante y se observa reflujo mientrasse realizan las conexiones, es posible que haya ingresado arena u otros desechos en lacolumna de perforación. Esta condición puede resultar en el bloqueo del motor y/o de
otro componente del conjunto de fondo de pozo. En este caso, es posible que senecesite de una inserción/extracción para cambiar el conjunto de fondo de pozo que seha bloqueado.
Extracción del hoyo
Las siguientes son las recomendaciones para extraer el motor del hoyo:
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Si el motor está equipado con una válvula de descarga, la válvula sólo abrirácuando las bombas estén detenidas (sin presión en la columna deperforación). Si aún hay algún resto de presión interna en la columna deperforación, la válvula de descarga puede cerrarse para evitar que el fluido deperforación drene y produzca un recorrido húmedo.
Durante la extracción, la mesa rotatoria no debe utilizarse para realizar el
desmontaje de las conexiones de conjuntos direccionales con un ángulo decurvatura alto.
Siempre reduzca la velocidad cuando se acerque a los puntos en los que seencuentran las zapatos de entubamiento.
Controle la velocidad de extracción para evitar el pistoneo en el pozo.
Evite el escariado de salida excesivo dado que puede reducir la vida útil del
motor.
Procedimientos de mantenimiento luego de la extracción
Las siguientes operaciones de mantenimiento posteriores al uso son necesarias una vezextraído el motor del pozo:
1. Retire el fluido remanente del motor colocando la barrena en un sueltabarrena.
2. Sujete el cuerpo del motor por encima del buje de rotación de la barrena contenazas.
3. Gire la mesa rotatoria y la barrena hacia la izquierda, forzando o “bombeando”de esta manera el fluido de perforación hacia la parte superior del motor.
4. Luego de haber retirado la barrena, rocíe con agua toda la caja de barrena.Esto lavará los puertos que están por encima del árbol de transmisión y
ayudará en la limpieza de la sección de cojinetes.5. Si la herramienta está equipada con una válvula de descarga, vierta fluido
limpio en la parte superior de la válvula de descarga. Haga mover el pistónutilizando una vara (por ejemplo, el mango de una escoba) hasta que semueva libremente entre las posiciones inferior (cerrada) y superior (abierta).
6. Si la herramienta será almacenada por un largo período de tiempo antes deque se la vuelva a usar, enjuague por completo el motor con agua limpia. Gireel alojamiento exterior del cojinete para retirar los restos de fluido de
perforación del conjunto de cojinetes. Vierta una pequeña cantidad de aceitemineral o equivalente dentro del motor para proteger los componentesinternos del óxido y del agarrotamiento. No utilice un aceite con base decombustible diésel.
7. Vuelva a engrasar la caja de barrena y la caja de la válvula de descarga.Coloque protectores de roscas de extremo cerrado.
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Consideraciones acerca de la perforación
El rendimiento y la vida útil del motor está determinada por el entono en el cual opera.Para asegurar un óptimo rendimiento y una larga vida útil debe evitarse:
La presencia de sólidos abrasivos en el sistema de circulación(se recomienda especialmente el uso de filtros para tubería de perforación).
Compuestos aromáticos en los sistemas de circulación. Altas temperaturas.
Bombeo de caudales de volumen de fluido superiores a los recomendados.
Someter la barrena a cargas superiores a las recomendadas.
Exceder las caídas de presión recomendadas a lo largo de la barrena y elmotor.
Paradas reiteradas del motor.
Caudales
Debe prestarse especial atención a los valores recomendados máximos y mínimos decaudal para cada motor para lograr un par de torsión y una vida útil óptimos de laherramienta. Loa caudales para cada uno de los motores se presentan en este Manual.Se recomienda que antes de que el motor alcance el fondo del pozo, se inicie lainyección de fluido a un caudal mínimo y luego aumentarlo lentamente hasta el rangode caudal de operación recomendado.
Precaución: Exceder los caudales recomendados podría dañar el motor. Paraaplicaciones que requieran altos caudales, consulte la sección: [Aplicaciones de losmotores de perforación: Aplicaciones con alto nivel de caudal] de este Manual.
Referencias de perforación
El motor de perforación de Toro es una herramienta de operación hidráulica. Por lotanto, la referencia primaria del piso de la torre es el indicador de presión de la columnareguladora. El indicador de carga puede utilizarse también como referencia de
perforación, de todas formas, puede dar información imprecisa acerca de la carga realen la barrena (WOB) debido a un posible bloqueo con la pared durante las operacionesde avance. En este caso, la única indicación cierta de que la barrena se encuentra en elfondo de la perforación, es el indicador de presión. Consulte la figura 11 comoreferencia de las condiciones de izaje, de detención de la perforación y de parada quese explican en las siguientes sub secciones.
Presión sin contacto con el fondo
Cuando el motor se encuentra en circulación por sobre el fondo, el indicador de presiónde la columna reguladora muestra la cantidad total de presión necesaria para inyectarun volumen conocido de fluido a través del sistema de perforación. Esto se denominapresión “off-bottom” (sin contacto con el fondo).
El par de torsión de salida es directamente proporcional a la caída de presión a lo largodel motor y se indica como el cambio total de la presión del sistema. La presióndiferencial del motor se define como la presión por encima de la presión “off-bottom”.
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Nota: Cuando la barrena se carga lateralmente mediante un estabilizador excéntrico oun alojamiento con curvatura ajustable, la presión “off bottom” incluirá la presión delmotor para proporcionar el par de torsión que hará girar la barrena con la carga lateralimpuesta. La presión diferencial real se obtiene de la presión de la columnareguladora, sólo en el caso de que la barrena no se encuentre sometida a cargaslaterales o cuando se conozcan las pérdidas de presión del sistema, sin el motor.
Presión durante la perforaciónUna carga sobre la barrena (WOB) superior implica una presión total del sistema másalta en la superficie. A medida que la barrena pierde contacto con el fondo, la presióndisminuye. Por lo tanto, el indicador de presión de la columna reguladora puedeutilizarse como indicador de la carga sobre la barrena y también del par de torsión. Lafricción en las tuberías de perforación no causarán una distorsión de las lecturas.Cuando el indicador de presión llegue a la presión óptima de contacto con el fondo y labarrena posteriormente se detiene añadiendo carga a la barrena, se produce unapérdida de contacto con el fondo. La presión continuará cayendo gradualmente hasta
que la perforadora aumente la carga sobre la barrena. Las curvas de rendimiento y laspresiones diferenciales recomendadas para los motores Toro se incluyen en estemanual.
Presión de parada
Cuando se agrega suficiente carga a la barrenapara exceder la presión diferencial máxima delmotor, se producirá una parada. Lacontrapresión del fluido de perforación hará que
el elastómero de la sección de potencia delmotor se deforme. Esto dará como resultadoque el fluido de perforación fluya directamente através del motor sin rotar la barrena. La lecturadel indicador de presión se incrementará demanera abrupta, y luego se mantendráestacionaria, incluso si se aumenta la carga en labarrena.
Cuando ocurre una parada, el perforador sólotiene que izar levemente la barrena del fondo delpozo para volver a poner en funcionamiento laherramienta y continuar con la perforación. Lapresión de parada es de aproximadamente eldoble de la presión óptima recomendada a lolargo del motor.
Precaución: La operación del equipo en unacondición de parada, incluso en un período de
tiempo breve, puede dañar seriamente el motor.La condición de parada puede llevar a undesgarro o a generar tajos en el elastómero delestator. Una vez que se daña el estator, elrendimiento de l motor d isminui rádramáticamente o es posible que el motor dejede funcionar.
Figura 11
Presión Encima
de Fondo
Condiciones durante Circulación
Encima de Fondo
Condiciones durante Perforación
Presión
Optima en
Fondo
Perforación
Presión de
parada
Condición durante Parada
Presión Encima
de Fondo
Presión Encima
de Fondo
Presión
Optima en
Fondo
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Rotación del motor
Las aplicaciones direccionales y muchas aplicaciones de rendimiento (hoyo recto)requieren la rotación de la columna de perforación. La rotación de la columna deperforación es necesaria debido a cuestiones como el control direccional, menor par detorsión de la columna de perforación o menor arrastre de la columna de perforación,transporte de recortes o agarrotamiento diferencial. Es admisible girar la columna de
perforación con un motor de fondo de pozo, sin embargo, se recomienda que lavelocidad de rotación (RPM) de la columna de perforación se mantenga al mínimo paraprolongar la vida útil del motor. Se recomienda una velocidad de rotación máxima de60 RPM, aunque pueden permitirse velocidades de hasta 120 RPM en algunasaplicaciones.
Los dos problemas más comunes asociados con la rotación de columnas de perforaciónson la fatiga de los componentes y la pérdida de vínculo de las conexiones. La fatiga esuna función del nivel de tensión y la cantidad de ciclos de carga a ese nivel de tensión.El aumento de la velocidad de rotación (RPM) incrementa el número de ciclos de carga
dentro de un período de tiempo dado, lo que reduce potencialmente la vida útil de loscomponentes.
En aplicaciones direccionales, el ángulo del alojamiento con curvatura ajustable puedetener un impacto importante en el nivel de tensión de los componentes del motor. Latabla a continuación muestra los ángulos del alojamiento con curvatura ajustablepermitidos para la rotación de la columna con el objetivo prolongar la vida útil del motor:
La pérdida de vínculo de una conexión puede ocurrir si la columna de perforación se
estanca y luego gira repentinamente cuando se libera del estado de bloqueo. Lapérdida de vínculo generalmente ocurre cuando se realizan perforaciones a través desalientes, espacios estrechos o largueros de la formación. Esta condición, conocidatambién como resbalamiento de vara, produce vibraciones laterales severas quepueden resultar en la pérdida de vínculo de la conexión. Cuando se realicenperforaciones a través de largueros u otras condiciones de formación que se conocencomo causantes de resbalamiento de vara, se recomienda reducir la velocidad derotación tanto como sea posible.
Precaución: Cuando una columna de perforación se encuentre parada por completo,
no se la debe izar hasta que se libere la energía torsional en la columna de perforación.Permita que la columna de perforación conduzca lentamente la mesa rotatoria o elaparato giratorio superior hacia atrás hasta que se libere totalmente el par de torsión.Luego, recoja la columna de perforación y reanude la perforación a una velocidad de
giro reducida hasta superar la condición de resbalamiento de vara.
Ángulo ABH Rotación de la columna de perforación
0.00 — 0.93 grados Permitida (50 RPM o menos)
1.22 — 1.76 grados Admisible por períodos cortos (40 RPM o menos)
2.00 grados o más No se recomienda
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Factores de tasas de curvatura
En aplicaciones direccionales, muchos factores afectan las tasas de curvatura delmotor. Factores como la relación de tamaños entre el hoyo y la herramienta, el tipo defluido de perforación, el caudal, la erosión del hoyo, la anisotropía de la formación, lacolocación de estabilizadores o zapatos, los conjuntos de fondo de pozo, el ángulo decurvatura del motor y la distancia de la barrena a la curva y el tipo de barrena utilizada.
Si se respetan estas recomendaciones, se puede minimizar la influencia de estosfactores respecto de la tasa de curvatura:
Cuanto menor sea la relación entre el tamaño de la herramienta y el tamañodel hoyo, mejor será la tasa de curvatura.
Un cambio en la carga sobre la barrena puede producir un cambio en la tasade curvatura. Generalmente, un incremento en la carga sobre la barrena(WOB) produce un incremento en la tasa de curvatura.
La colocación de zapatos y el uso de un estabilizador de entorno de barrenaen el conjunto de fondo de pozo tiene un impacto significativo en el logro deuna buena tasa de curvatura.
La tasa de curvatura se puede predecir mejor si se cuenta con informaciónempírica sobre la clase de formación. Algunas formaciones impiden eldesarrollo de buenas tasas de curvatura, y estos tipos de formaciones debenidentificarse cuando se realiza la planificación del programa de perforación.
La tasa de curvatura está directamente relacionada con la severidad delángulo de curvatura y a la distancia desde la curva a la barrena.
Consideraciones acerca del fluido de perforación
Mientras los motores de Toro son adecuados para una amplia variedad de lodos deperforación, los siguientes factores deben ser considerados antes de correr el motor.
Sólidos en el fluido de perforación
Las propiedades de los fluidos de perforación para su uso con un motor debenmantenerse dentro de los mismos límites que en el caso de la perforación rotativaestándar. Sin embargo, deben tomarse las siguientes precauciones:
El fluido de perforación debe encontrarse libre de agentes obturantes, asícomo de objetos extraños.
Se recomienda especialmente el uso de filtros para tubería de perforación.
El fluido debe tener el menor contenido de arena posible (se recomienda 1% omenos).
Los aditivos para fluidos de perforación deben utilizarse solo en cantidadeslimitadas. El exceso en las cantidades de aditivos para fluidos de perforación,como ser material de circulación perdido (LCM), puede tener un impactosignificativo en el rendimiento y/o en la vida útil del motor. Los sólidos deperforación y/o los aditivos abrasivos deben mantenerse al mínimo. Unamezcla pobre de materiales de pesaje o material de circulación perdido puedebloquear el motor e interrumpir las operaciones.
Siempre que sea posible, debe evitarse el uso de materiales de pesaje dehematita. Estos materiales pueden reducir la vida útil del motor.
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Fluidos de perforación con base de petróleo
Se recomienda especialmente que el motor se encuentre equipado con una sección depotencia con un elastómero adecuado para fluidos de perforación con base de petróleo(fluidos de perforación con fluido diésel como base). El fluido de perforación con basede petróleo puede dañar fácilmente la sección de potencia del motor y reducirsignificativamente la vida útil del motor.
El grado de daño al motor depende de la composición química específica del fluidoutilizado. Una medida de la agresividad de un químico en el daño a un elastómero es elpunto de anilina del químico. El punto de anilina de un material puede definirse como latemperatura más baja en la cual se tornan completamente miscibles iguales volúmenesde anilina recién destilada y el químico de prueba. A medida que el punto de anilina delfluido se reduce, el químico se hace más dañino. Si bien el punto de anilina es unamedida útil, algunos fluidos de perforación con base de petróleo pueden seguir siendoagresivos a pesar de poseer un punto de anilina alto.
Es importante señalar que las secciones de potencia de un motor de perforación estándiseñadas con una interferencia de ajuste determinada entre el rotor y el estator. Paraque el motor de perforación opere de manera eficiente, la interferencia del ajuste debemantenerse dentro de un rango especificado. Los fluidos de perforación con base depetróleo pueden hacer que el elastómero en el interior del estator se expanda,incrementando la interferencia del ajuste. Un incremento en la interferencia de ajustepuede resultar en daños al estator y reducir la vida útil del motor. Por lo tanto, es muyimportante que el motor de perforación posea una interferencia de ajuste adecuadapara ser utilizado con fluidos de perforación con base de petróleo.
Nota: El estator debe contener un compuesto de elastómero adecuado para el uso defluidos de perforación con base de petróleo. Debido a la degradación de loselastómeros expuestos a fluidos de perforación con base de petróleo, Toro recomiendaque la selección del compuesto de elastómero se base en una prueba decompatibilidad con el fluido a utilizar. Comuníquese con el representante de Toro paraobtener más información acerca del uso de fluidos de perforación con base de petróleoen los motores.
Aditivos para los fluidos de perforaciónCiertos aditivos con base de aminas, tales como emulsificadores, inhibidores decorrosión y depuradores, pueden causar daños en el motor (incluso en cantidadespequeñas). Por lo tanto, se recomienda no utilizar aditivos con base de aminas.
Fluidos de perforación de base acuosa dulce o salada
Los lodos con base acuosa dulce o salada (con la excepción de los geles de bentonita)proporcionan poca lubricación para la sección de potencia del motor y sus componentesinternos. El desgaste por abrasión puede ser un problema serio. Además, los fluidos deperforación con base de agua salada pueden causar la corrosión de los componentesinternos del motor. Comuníquese con un representante de Toro en el caso de utilizarfluidos de perforación de base acuosa dulce o salada.
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