UDABOL UDABOL FacultadFacultad CienciasCiencias Exactas y Exactas y TecnologíaTecnología

MateriaMateria: : PERFORACION III PERFORACION III TemaTema: : MOTORES DE FONDOMOTORES DE FONDOINTEGRANTES: INTEGRANTES: • ANDRES FIDEL ROCHA ROSALES ANDRES FIDEL ROCHA ROSALES • MIGUEL ANGEL GALLARDO MIGUEL ANGEL GALLARDO • GARY FLORES PADILLAGARY FLORES PADILLA• JHANETTE VILLCA AGUIRREJHANETTE VILLCA AGUIRRE

2

1. INTRODUCCION1. INTRODUCCION

Los “Motores de Fondo (downhole motors – DHM)” son herramientas que convierten la energía hidráulica del flujo del lodo en energía mecánica que permiten la rotación del trepano sin necesidad transmitir esta rotación desde superficie.

3

2. METODOS DE PERFORACION2. METODOS DE PERFORACION

> SLIDING: SLIDING:

  Perforación sin rotación de superficie donde el DHM proporciona toda la rotación al trepano.

  Usado para la construcción del tramo direccional del pozo.

4

ROTARY: ROTARY:

Perforación con rotación de superficie mas la rotación transmitida por el motor de fondo. Usado para la construcción del tramo tangente del pozo.

5

3. TIPOS DE MOTORES DE3. TIPOS DE MOTORES DE FONDO FONDO

Los motores de fondo son potenciados por el flujo del lodo de perforación. Los dos importantes tipos de motores de fondo son:

  Los Motores de Desplazamiento Positivo – PDM.

  Las Turbinas que básicamente son bombas centrifugas o axiales.

6

7

4. MOTORES DE DESPLAZAMIENTO 4. MOTORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO – PDM’s POSITIVO – PDM’s

El primer motor de fondo usado en los El primer motor de fondo usado en los campos petroleros fue el Dinadrill campos petroleros fue el Dinadrill (Configuración lobular 1:2). Todos los (Configuración lobular 1:2). Todos los motores de fondo constan básicamente de motores de fondo constan básicamente de los siguientes elementos:los siguientes elementos:

** Válvula de Descarga (Dump Valve Assembly). Válvula de Descarga (Dump Valve Assembly).

** Sección de Poder o Potencia (Power Section) Sección de Poder o Potencia (Power Section)

** Sección Ajustable. Sección Ajustable.

** Transmisión Transmisión

** Sección de Rodamientos (Bearing Section) Sección de Rodamientos (Bearing Section)

** Sección Giratoria (Drive Shaft Assembly) Sección Giratoria (Drive Shaft Assembly)

8

MOTORES DE FONDO

9

4.1 VALVULA DE DESCARGA

10

4.2 SECCION DE POTENCIA (ROTOR/ESTATOR)

Stator (Elastometro)

Rotor

Flujo del Fluido

Dirección de la Rotación

Universal Joint

11

4.2 SECCION DE POTENCIA (ROTOR/ESTATOR)

12

4.2 SECCION DE POTENCIA (ROTOR/ESTATOR)

EstatorEstator Regular Regular –– montadomontado en un en un tubotubo EstatorEstator Regular Regular –– montadomontado en en unauna cavidadcavidad especialespecial

Rotor Rotor

13

4.2 SECCION DE POTENCIA (ROTOR/ESTATOR)

14

LOBULOS

Drive Sub(Bit Box)

BearingAssembly

DeflectionDevice

Stator By-PassValve

Drive Sub Universal Joint Assembly

Rotor

1 StageDrive Sub(Bit Box)

BearingAssembly

DeflectionDevice

Stator By-PassValve

Drive Sub Universal Joint Assembly

Rotor

1 Stage

15

1/2

5/6 7/8

3/42/3

9/10

1/2

5/65/6 7/87/8

3/43/42/32/3

9/109/10

ConfiguracionConfiguracion Rotor/Rotor/EstatorEstator ((RelaciRelacióónn de de LobulosLobulos) )

16

4.2.- RESUMEN4.2.- RESUMEN

El Torque y las RPM están determinadas por la configuración Rotor/estator. La potencia del motor esta determinada por el número de vueltas del espiral (Etapas) y la relación de lóbulos Rotor/Estator. La interferencia Rotor/Estator puede ser ajustada de acuerdo a las condiciones del pozo.

17

4.3.- Seccion Ajustable

Permite graduar la curvatura del motor de fondo para cualquier aplicación direccional deseada

18

4.3.- Seccion de transmision

19

4.5.- SECCION DE RODAMIENTOS Y 4.5.- SECCION DE RODAMIENTOS Y SECCION GIRATORIASECCION GIRATORIA

La sección giratoria es un componente de acero construido rígidamente. Se encuentra apoyado dentro de la sección de rodamientos (bearing section) a través rodamientos que soportan esfuerzos radiales y axiales. La sección de rodamientos (bearing section) transmite la potencia rotacional y el esfuerzo de la perforación al trépano de perforación.

20

4.5.- SECCION DE RODAMIENTOS4.5.- SECCION DE RODAMIENTOS

Permite la rotación de la barrena sin necesidad de rotación de la sarta.

Posee bolas que giran en pistas de carburo de tungsteno.

Son sellados o lubricados por lodo. Sobre la sección de baleros esta la Camisa

Estabilizadora que es intercambiable de acuerdo a la aplicación direccional requerida.

Soportan el peso axial cuando se perfora.

21

4.5.- Sección de rodamientos

PDM 1:2 PDM Multilóbulo

Altas Velocidades Bajas velocidades

Bajos Torques Altos torques

Bajos Caudales de Flujo Altos caudales de Flujo

Bajo WOB Altos WOB

Bajas presiones en el motorBajas presiones en el trépano

Altas presiones en el motorAltas presiones en el trépano

Necesitan trépanos de alta velocidad

Relativamente fácil de orientar Mas difícil de orientar

Usado con junta ajustable Usado con junta ajustable o arreglo dirigible

22

Comparacion entre un PDM 1:2 Vs. Multilobulos

23

5. TURBINAS DE PERFORACION5. TURBINAS DE PERFORACION

> La turbina convierte la energía hidráulica proveniente del lodo en energía mecánica rotativa para se entregada a la mecha de perforación. > La velocidad de rotación en fondo está entre las 600 rpm y 1500 rpm.> La rotación del trépano es independiente de la rotación de tubería.

Etapas blades

Estabilizador Intercambiable

*Seccion Rodamientos

Rodamientos PDC

Adjustable Bent Housing

*Seccion de Potencia

Estabilizador de seccion

Rodamientos

Etapas blades

Estabilizador Intercambiable

*Seccion Rodamientos

Rodamientos PDC

Adjustable Bent Housing

*Seccion de Potencia

Estabilizador de seccion

Rodamientos

Etapas blades

Estabilizador Intercambiable

*Seccion Rodamientos

Rodamientos PDC

Adjustable Bent Housing

*Seccion de Potencia

Estabilizador de seccion

Rodamientos

24

Turbinas de Perforacion

Downward

AlabeMovilRotor

AlabeFijoEstator

Stator Blading

Disk

Rotor Blading

Disk

EnsamblajeEn ConjuntoUna Etapa

SeccionMotora

CuerpoTurbina

TurbinaEje de la

ThrustDownward

AlabeMovilRotor

AlabeFijoEstator

Stator Blading

Disk

Rotor Blading

Disk

EnsamblajeEn ConjuntoUna Etapa

SeccionMotora

CuerpoTurbina

TurbinaEje de la

Thrust

AlabeMovilRotor

AlabeFijoEstator

Stator Blading

Disk

Rotor Blading

Disk

EnsamblajeEn ConjuntoUna Etapa

SeccionMotora

CuerpoTurbina

TurbinaEje de la

Thrust

SecciSeccióón de Potencian de Potencia

25

Turbinas de Perforacion

Disco Movil

Disco Fijo

Disco Movil

Espaciador Front Bearing

Labyrinth

RodamientosAxiales

Eje

Flexible

Bent Housing

Front Bearing Stabiliser

Bit Box Stabilizador

ComponentesComponentes RodamientoRodamiento AxialAxial

Disco Movil

Disco Fijo

Disco Movil

Espaciador Front Bearing

Labyrinth

RodamientosAxiales

Eje

Flexible

Bent Housing

Front Bearing Stabiliser

Bit Box Stabilizador

ComponentesComponentes RodamientoRodamiento AxialAxial

SecciSeccióón de Rodamientosn de Rodamientos

26

Turbinas de Perforacion

27

5.4 CLASIFICACION DE 5.4 CLASIFICACION DE TURBINAS DE PERFORACIONTURBINAS DE PERFORACION

Tamaño de Turbina.El numero de secciones de potenciaEl perfil del Alabe

28

Tamaño de la turbina

TamaTamañño de la Turbina Tamao de la Turbina Tamañño de Trepanoo de Trepano

2 7/82 7/8”” turbine ( 23 rev/gpm) (1500 a 2200 rpm)turbine ( 23 rev/gpm) (1500 a 2200 rpm) 3 ¼” – 4 ½”

3 3/83 3/8”” turbine ( 14.8 rev/gpm) (800 a 1800 rpm)turbine ( 14.8 rev/gpm) (800 a 1800 rpm) 4 ¾” – 5 3/8”

4 4 ¾”¾” turbine (7.44 rev/gpm) (800 a 1600 rpm)turbine (7.44 rev/gpm) (800 a 1600 rpm) 5 5/8” – 6 ¾”

6 5/86 5/8”” turbine (2.2 a 2.6 rev/gpm) (400 a 1000 rpm)turbine (2.2 a 2.6 rev/gpm) (400 a 1000 rpm) 7 5/8” – 9 7/8”

9 9 ½”½” turbine (1.02 rev/gpm) (500 a 800 rpm)turbine (1.02 rev/gpm) (500 a 800 rpm) 12 ¼” – 17 ½”

29

Numero de Secciones de la turbina

T1T1

T2T2

T1 XLT1 XL

T1T1

T2T2

T1 XLT1 XL

30

Perfil del alabe o aleta

TEST MW 10 lpg , 200 gpmTEST MW 10 lpg , 200 gpm

31

5.5 CARACTERISTICAS DE LAS 5.5 CARACTERISTICAS DE LAS TURBINASTURBINAS

>Capaz de generar altas potencias.>La herramienta presenta un perfecto

balance con los esfuerzos radiales>La potencia a generar no depende de

elastómeros, o elementos de goma (componentes metálicos).

>Las turbinas de perforación tienen una excelente resistencia al calor.

>La velocidad y le torque son manipulables desde Superficie.

32

5.6 DEVENTAJAS DE LAS TURBINAS5.6 DEVENTAJAS DE LAS TURBINAS

Las turbinas no tiene aplicación con trépanos triconicos.

Genera alta potencia a expensa del flujo de lodo, lo que da poca aplicación en agujeros profundos.

La fabricación y el desarrollo de turbinas que sean comercialmente viable y confiable es difícil y costosa.

33

5.7 VENTAJAS DE POZOS DESVIADOS5.7 VENTAJAS DE POZOS DESVIADOS

>Reduce el número de viajes por cambio en el arreglo de fondo de pozo (BHA).

>Evita realizar viajes por cambios de junta ajustable (bent sub) o por fallas en la herramienta.

>Es capaz de girar progresivamente a la izquierda usando una estabilización convencional de turbina recta.

34

PDM´s VS TURBINAS

TurbinasTurbinas Motor PDMMotor PDM

Formaciones DurasFormaciones Duras Formaciones Blandas / Formaciones Blandas / SemiSemidurasduras

Hoyos profundos / pequeHoyos profundos / pequeññosos Hoyos profundos/ pequeHoyos profundos/ pequeññosos

Alta potencia y velocidadAlta potencia y velocidad Alto torque y baja velocidadAlto torque y baja velocidad

Mechas impregnada / PDCMechas impregnada / PDC PDC / Mechas PDC / Mechas TriconicasTriconicas

Bajo FlujoBajo Flujo Alto FlujoAlto Flujo

Altas TemperaturasAltas Temperaturas Bajas TemperaturasBajas Temperaturas

TurbinasTurbinas Motor PDMMotor PDM

Formaciones DurasFormaciones Duras Formaciones Blandas / Formaciones Blandas / SemiSemidurasduras

Hoyos profundos / pequeHoyos profundos / pequeññosos Hoyos profundos/ pequeHoyos profundos/ pequeññosos

Alta potencia y velocidadAlta potencia y velocidad Alto torque y baja velocidadAlto torque y baja velocidad

Mechas impregnada / PDCMechas impregnada / PDC PDC / Mechas PDC / Mechas TriconicasTriconicas

Bajo FlujoBajo Flujo Alto FlujoAlto Flujo

Altas TemperaturasAltas Temperaturas Bajas TemperaturasBajas Temperaturas

TurbinasTurbinasTurbinasTurbinas Motor PDMMotor PDMMotor PDMMotor PDM

Formaciones DurasFormaciones DurasFormaciones DurasFormaciones Duras Formaciones Blandas / Formaciones Blandas / SemiSemidurasduras

Formaciones Blandas / Formaciones Blandas / SemiSemidurasduras

Hoyos profundos / pequeHoyos profundos / pequeññososHoyos profundos / pequeHoyos profundos / pequeññosos Hoyos profundos/ pequeHoyos profundos/ pequeññososHoyos profundos/ pequeHoyos profundos/ pequeññosos

Alta potencia y velocidadAlta potencia y velocidadAlta potencia y velocidadAlta potencia y velocidad Alto torque y baja velocidadAlto torque y baja velocidadAlto torque y baja velocidadAlto torque y baja velocidad

Mechas impregnada / PDCMechas impregnada / PDCMechas impregnada / PDCMechas impregnada / PDC PDC / Mechas PDC / Mechas TriconicasTriconicasPDC / Mechas PDC / Mechas TriconicasTriconicas

Bajo FlujoBajo FlujoBajo FlujoBajo Flujo Alto FlujoAlto FlujoAlto FlujoAlto Flujo

Altas TemperaturasAltas TemperaturasAltas TemperaturasAltas Temperaturas Bajas TemperaturasBajas TemperaturasBajas TemperaturasBajas Temperaturas

35

7. METODOS DE DIRECCIONAMIENTO

Fuerza Lateral Directa: Push-the-bit

36

7. METODOS DE DIRECCIONAMIENTO

Eje Excéntrico de la Barrena: Point-the-bit