TOP DRIVE.pdf

1 Constanza Vargas C, Aura V. Olaya, Vladimir Aviles

MANUAL TECNICO PARA LA INSPECCION Y MANTENIMIENTO PREVENTIVO DEL

EQUIPO TOP DRIVE DE TORRES DE PERFORACION DE POZOS DE PETROLEO

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA

FACULTAD DE INGENIERA PROGRAMA DE PETRLEOS

NEIVA 2014




VLADIMIR AVILES SANABRIA 2009178955

AURA VICTORIA OLAYA GARAY 2007268304

DIRECTOR(A):

ING. CONSTANZA VARGAS CASTELLANOS

PRESENTADO A: COMIT DE PROYECTOS DE GRADO

FACULTAD DE INGENIERA

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA

FACULTAD DE INGENIERA PROGRAMA DE PETRLEOS

NEIVA 2014




REA DE INVESTIGACIN: PERFORACIN

PRESENTADO AL COMIT DE PROYECTOS DE GRADO

DEL PROGRAMA DE INGENIERA DE PETRLEOS

Director:

Ing. Constanza Vargas.

Jurado:

Ing. Enrique Snchez.

Jurado:

Ing. Luis Humberto Orduz.


DEDICATORIAS DE LOS AUTORES

VLADIMIR AVILES SANABRIA

Infinitas gracias te doy Seor, Gloria a ti. Por traerme a este mundo y por darme

toda la felicidad que he vivido hasta hoy Quiero dedicar este trabajo a toda mi

familia especialmente a mi hermano Camilo Andrs por ser mi compaero en la

vida y mi amigo; a mi padre Jos Luis por estar ah siempre para aconsejarme y

apoyarme, y a mi madre Patricia mi patico quien es mi motor en la vida, por ella

soy quien soy, gracias a todo su sacrificio que ha rendido fruto haciendo de mi un

hombre integral.

A mis abuelos Emilio (q.e.p.d) y Elvira (q.e.p.d), Manuel y Dennis por otorgarme

parte de su experiencia de vida. Y como no a mi segunda madre, Jovita quien

estuvo all cuando ms la necesite y que llamo madre porque as lo siento, a mis

otros hermanitos Sebastin y Dayana, y con especial sentimiento se lo dedico a

ella, mi hermosa Valeria por quien aprend a amar la vida a madurar y a crecer

como persona Por ltimo se lo dedico a mis maestros por regalarme ese

precioso don del conocimiento, as como a mis amigos quines son y sern junto a

mi viajeros de la vida

AURA VICTORIA OLAYA GARAY

Agradezco a Dios todo poderoso por llenarme de bendiciones, a mis padres

Emiliano Olaya y Aurora Garay por apoyarme y siempre estar ah para m, a

Sandra Ximena que ms que una hermana ha sido mi gran amiga, a mi hermano

Camilo Andrs y mi hermosa sobrina Ana Sofa.

En segundo lugar a Marleny Vargas por ser como una segunda madre para m en

Neiva, a mis amigos Efran, Joyce, Yulieth, Lizeth, German, Jonathan, katte,

Francy, Stefany, Sonia y Oskar que me acompaaron en toda mi carrera, y a mi

novio Cristian David el cual siempre me regalo una palabra de aliento en una

situacin difcil.


AGRADECIMIENTOS

Se Quiere expresar los ms sinceros agradecimientos a:

Dios, porque definitivamente sin su presencia esto no sera posible.

Ala Ing. Constanza Vargas, directora de tesis, por su valiosa gua y asesoramiento

a la realizacin de la misma.

Al Ing. Hctor Enrique Snchez, por su amabilidad y gentileza con la que nos

colabor y comparti valiosa informacin.

Al Ing. Luis Humberto Orduz por su disposicin para colaborarnos en este

proceso.

A todos nuestros compaeros y amigos que en el transcurso de nuestra carrera

hicieron parte de este proceso.

A la universidad Surcolombiana y a todos sus docentes que nos compartieron sus

conocimientos


RESUMEN

Esta gua describe el conjunto de procedimientos tiles para la inspeccin y

mantenimiento del equipo Top Drive de perforacin de pozos de petrleo,

convirtindose en una gua importante para todo aquel que realice estos

procedimientos, contando con una base amplia de conceptos, cuadros, imgenes

y diagramas enfocados exclusivamente a brindarle al usuario el conocimiento

tcnico para desarrollar su trabajo de manera integral y responsable, y sobre todo

a promover en l las buenas prcticas de proceder que garanticen la integridad

fsica, y mecnica del equipo.

Esta gua tiene como sustento una amplia consulta e indagacin, que favoreci la

construccin de los captulos que ayudan al usuario a despejar dudas de

conocimiento de cada una de las partes del equipo Top Drive por separado, y su

importancia dentro del sistema contenido en el equipo mismo para que ste, tenga

el reporte permanente de las ocurrencias y novedades en su entorno de trabajo

que afecten la interaccin directa con el equipo y puedan llegar a afectar alguno

de estos componentes o al equipo en su totalidad, provocando daos en su

integridad mecnica, ocurrencia de tiempos no productivos e incluso repercutiendo

en la seguridad del personal presente.

Se presenta adems, la gua de procedimientos y actividades generalizadas, as

como la frecuencia de trabajos de inspeccin y mantenimiento preventivo en el

Top Drive y sus partes componentes, como principales pautas de este documento,

para que el usuario al conocer en su momento las posibilidades futuras de algn

tipo de inconveniente en el equipo, en caso tal se pueda reaccionar ante ello,

para evitarlas en el momento oportuno, adems, como contribucin importante de

la gua sta le aconseja al usuario un plan de inspeccin y mantenimiento

preventivo del equipo de forma general y/o segn la frecuencia de tiempo

necesaria para el control de sus partes, de esta manera el usuario es capaz de

tener un sistema organizado de planes de inspeccin de sus equipos propios.

Por ltimo, cabe resaltar que este documento est sujeto en su contenido a

normas y estndares internacionales tales como API, ASTM, ASME, IADC, ACME

entre otras, para colaborar con las buenas y seguras prcticas en la industria.


INTRODUCCION

Las operaciones de perforacin de pozos de petrleo estn sujetas a procesos

que apuntan a la optimizacin de la productividad de un campo petrolero

asegurando la minimizacin de los riesgos operacionales y de costos. Para que

esto ocurra es necesario que los procesos realizados durante las operaciones se

ajusten a los lineamientos establecidos, con el fin de evitar prdida de tiempo en

los procesos, previendo y corrigiendo el desgaste por operacin del equipo,

atendiendo los protocolos internacionales para la integridad mecnica de los

equipos.

Por lo tanto, se plantea la elaboracin de una gua prctica para el procedimiento

de inspeccin y mantenimiento de forma ptima y segura del equipo top drive de

un taladro de perforacin terrestre; de tal manera, que sirva como herramienta de

uso prctico para la ejecucin de las labores de inspeccin y mantenimiento

preventivo de dicho equipo.

Con esta gua se puede realizar el mantenimiento seguro y confiable que permite

al usuario predecir fallas, prolongar la vida del equipo; efectuar mejoras, verificar la

calidad de los repuestos, realizar ajustes y establecer tolerancias para asegurar su

integridad mecnica dando soluciones a tiempo.


JUSTIFICACIN

Los trabajos de perforacin de pozos de petrleo y gas conllevan un sin nmero de actividades, dentro de las cuales la conservacin de la integridad mecnica de los equipos es una parte fundamental del xito de la operacin, pues con ella se apunta a minimizar los accidentes, el dao al medio ambiente y las paradas operativas, lo que se traduce en la minimizacin de costos operacionales. Todas y cada una de las partes del equipo de perforacin requiere de inspecciones y mantenimiento; pero es objeto de esta Gua Tcnica atender lo correspondiente al Top Drive, cuya funcin es transmitir fuerza rotatoria a la sarta de perforacin y broca; y est constituida por un motor elctrico o hidrulico que se suspende en cualquier tipo de mstil de un equipo de perforacin. El Top Drive es una herramienta relativamente nueva. Por lo tanto, la inexperiencia del personal para realizar las tareas de mantenimiento preventivo y las correctas inspecciones del equipo, es una de las desventajas que ms influye en la implementacin del equipo en los taladros; la creacin de una gua tcnica para los correctos procedimientos de inspeccin y mantenimiento preventivo de este equipo, aporta a la capacitacin temprana del personal y a desarrollar las ventajas del equipo, haciendo stas ms evidentes y evitando la ocurrencia de problemas de operacin a lo largo de la vida til del equipo. Por tal razn, este trabajo aporta a mejorar las actividades de mantenimiento e inspeccin en el equipo Top Drive, a travs de la creacin de una gua tcnica para la prevencin de anomalas en los procesos realizados por este equipo.


OBJETIVOS

General

Elaborar una gua tcnica para implementar procesos correctos de

mantenimiento preventivo e inspeccin del equipo top drive que permita

mantener la integridad mecnica de dicho equipo.

Especficos

Realizar un inventario de los tipos, marcas y referencias de Top Drives.

Realizar una revisin documental de los Top Drives en cuanto a fabricantes,

y normativa (API y AIDC)

Recopilar y seleccionar todos los datos bibliogrficos obtenidos y elaborar la

gua.


TABLA INDICE DEL CONTENIDO

CAPITULO I MARCO TEORICO..25 1. Generalidades del top drive25

1.1. Historia del top drive ..................................................................................... 26

1.1.1. Linea cronologica del top drive ..................................................................... 27

1.3. Componentes del top drive ........................................................................... 33

1.3.1. Tren de poder (power train) .......................................................................... 34

1.3.1.1. Motores de perforacin de corriente alterna. ............................................. 34

1.3.1.2. Frenos del motor de perforacin ................................................................ 35

1.3.1.3. Sistema de enfriamiento del motor de perforacin ..................................... 36

1.3.1.4. Caja de transmisin y unin giratoria ......................................................... 36

1.3.1.5. Sistema de contrapeso .............................................................................. 37

1.3.1.6. Sistema de control hidrulico ..................................................................... 38

1.3.2. Manejador de tubera (pipe handler)....40 1.3.2.1. Adaptador rotatorio .................................................................................... 40

1.3.2.2. Sujetador de respaldo a la torsin ............................................................. 41

1.3.2.3. Mecanismo de inclinacin .......................................................................... 42

1.3.2.4. Vlvulas de prevencin de reventones ...................................................... 43

1.3.3. Componentes secundarios....44 1.3.3.1. Elevador hidrulico de tubera de perforacin ............................................ 44

1.3.3.2. Bucle de servicios ...................................................................................... 44

1.3.3.3. Panel de perforacin .................................................................................. 45

1.3.3.4. Modulo de poder ........................................................................................ 46

1.3.4. Carro y viga de gua.....47 CAPITULO II..48 2.1. INTEGRIDAD MECANICA Y CONFORMIDAD PARA EQUIPOS DEL SECTOR ENERGETICO.48

2.1.1. Gestin de riesgos ........................................................................................ 48

2.1.1.1.Anlisis y evaluaciones de riesgo ............................................................... 49

2.1.1.2.Procesos de analisis de peligros ................................................................. 49

2.1.1.3.Seguridad instrumentada ............................................................................ 49


2.1.2. Geopeligros.Error! Marcador no definido.49 2.1.3. Seguridad de los procesos ............................................................................ 50

2.1.4. Seguridad funcional ...................................................................................... 51

2.1.5. Corrosin externa .......................................................................................... 52

2.1.6. Corrosin interna ........................................................................................... 52

2.1.7. Limpieza interna de lneas y mangueras ....................................................... 52

2.1.8. Gestin de integridad de activos ................................................................... 52

2.2.Niveles de inspeccion ....................................................................................... 53

2.2.1.Nivel o categoria i .......................................................................................... 53

2.2.2.Nivel o categoria ii .......................................................................................... 54

2.2.3.Nivel o categoria iii ......................................................................................... 54

2.2.4.Nivel o categoria iv ......................................................................................... 54

2.3.Ensayos no destructivos (end) convencionales ................................................ 54

2.3.1. Inspeccin visual ........................................................................................... 54

2.3.2. Ensayo con lquidos penetrantes .................................................................. 55

2.3.3. Inspeccin por partculas magnticas ........................................................... 57

2.3.4. Inspeccin con el mtodo de ultrasonido ...................................................... 58

2.3.4.1.Scan a ......................................................................................................... 58

2.3.4.2.Scan b ......................................................................................................... 59

2.3.4.3.Scan c ......................................................................................................... 59

2.4.Tcnicas de recoleccin de datos. .................................................................... 60

2.4.1.Poblacin y muestra...60 2.4.2.Observacin directa. ...................................................................................... 60

2.4.3. Inspecciones formuladas..60 2.4.4. Entrevistas de tipo no estructurada.60 2.5. Tcnicas de anlisis..61 2.5.1. Falla..61 2.5.2. Anlisis de vibraciones mecnicas.61 2.5.3. Anlisis causa raz.....62 2.5.4. Medicin y anlisis de ondas de alta frecuencia..63 2.5.5. Anlisis de la corriente elctrica...63 2.5.6. Anlisis de aceites..63 2.5.7. Anlisis inciales.64 2.5.8. Anlisis rutinarios...64 2.5.9. Anlisis de emergencia.64


2.5.10. Frecuencia.....64 2.6. Resultados de la inspeccin64 2.6.1. Criterios de aceptacin ................................................................................ 64 2.6.2. Equipo rechazado ........................................................................................ 64 2.6.3. Registros ...................................................................................................... 65 2.7. Tecnicas mantenimiento predictivo y preventivo ............................................. 65 2.7.1.Mantenimiento predictivo .............................................................................. 65 2.7.1.1. Procedimiento para su aplicacin ............................................................. 66 2.7.2. Mantenimiento preventivo ............................................................................ 66 2.7.2.1. Procedimientos para su aplicacin .......................................................... 67 CAPITULO llI ......................................................................................................... 69 PARTES CONSTITUTIVAS DEL TOP DRIVE Y SUS DAOS PROVOCADOS POR CAUSAS DIVERSAS .................................................................................... 69 3.1 Elemento swivel integrado ............................................................................... 69 3.1.1. Cuello de ganso o tubo en S ........................................................................ 70 3.1.2. Wash pipe .................................................................................................... 70 3.1.3. Asa del swivel .............................................................................................. 71 3.2. Valvulas ibop ................................................................................................... 71 3.3. Cilindros del sistema de contrapeso ............................................................... 72 3.3.1. Funcionamiento ........................................................................................... 74 3.4. Soplador centrifugo ......................................................................................... 75 3.4.1. Clasificacion ................................................................................................. 76 3.4.2. Componentes ............................................................................................... 77 3.4.3. Motor necesario para el ventilador ............................................................... 78 3.5. Engranajes de la transmision rotaria ............................................................... 81 3.5.1. Partes constitutivas de los engranajes de la transmisin giratoria .............. 81 3.5.1.1. Diente de un engranaje ............................................................................. 82 3.5.1.2. Mdulo ...................................................................................................... 82 3.5.1.3. Circunferencia primitiva ............................................................................. 82 3.5.1.4. Paso circular ............................................................................................. 82 3.5.1.5. Espesor del diente .................................................................................... 83 3.5.1.6. Nmero de dientes .................................................................................... 83 3.5.1.7. Dimetro exterior ...................................................................................... 83 3.5.1.8. Dimetro interior ....................................................................................... 83 3.5.1.9. Pie del diente ............................................................................................ 83 3.5.1.10. Cabeza del diente ................................................................................... 83 3.5.1.12. Altura del diente ...................................................................................... 83 3.5.1.13. Angulo de presin ................................................................................... 83 3.5.1.14. Largo del diente ...................................................................................... 83 3.5.1.15. Distancia entre centro de dos engranajes ............................................... 83 3.5.1.16. Relacin de transmisin .......................................................................... 83


3.5.2. Daos mas comunes ocurridos en los engranajes de transmisin giratoria del top drive ........................................................................................................... 85 3.6. Freno de disco. ............................................................................................... 87 3.6.1. Funcionamiento de los frenos de disco ........................................................ 88 3.6.2. Partes de un freno de disco ......................................................................... 88 3.6.3. Los principales daos en frenos. ................................................................ 90 3.7. Mangueras del flujo de lodos .......................................................................... 93 3.7.1. Seleccin de mangueras para obtener un sistema libre de riesgo: .............. 94 3.7.2. Consideraciones para manejar mangueras ................................................. 95 3.7.3. Uniones tipo martillo de las mangueras hidrulicas ..................................... 96 3.7.4. Daos ocurridos en las mangueras hidrulicas del top drive ....................... 98 3.8. Eslabones o brasos del elevador .................................................................... 99 3.8.1. Daos ocurrentes en los brazos del elevador ............................................ 101 3.9. Motores del top drive ................................................................................... 102 3.9.1. Motores elctricos ...................................................................................... 102 3.9.1.1. Partes del motor elctrico y daos. ......................................................... 103 3.9.1.2. Problemas en motores elctricos que afectan su integridad mecnica y del sistema en general ............................................................................................... 105 3.9.2. Motores hidrulicos .................................................................................... 107 3.9.2.1. Motores de pistones axiales .................................................................... 108 3.9.2.2. Motor de pistones radiales ...................................................................... 109 3.9.2.3. Daos en motores hidrulicos ................................................................ 110 3.9.2.4. Fluido hidrulico ...................................................................................... 112 3.9.2.4.1. Fluidos sintticos de base acuosa ....................................................... 113 3.9.2.4.1.1. Fluidos sintticos no acuosos ........................................................... 114 3.9.2.4.1.2. Aceites minerales o sintticos ........................................................... 114 3.10. El top drive .................................................................................................. 116 CAPITULO IV ...................................................................................................... 119 PROCEDIMIENTOS DE INSPECCION Y MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE LAS PARTES COMPONENTES DEL TOP DRIVE ............................................. 119

4.1. Verificacin de la integridad mecnica de un top drive de perforacin se deber seguir el siguiente proceso. ...................................................................... 119

4.2. Programa de inspeccin de recomendacin .................................................. 121

4.2.1. Inspeccin al hacer cambio de locacion o en pre amague (pasos) ............. 121

4.2.2. Inspeccion mensual (pasos) ....................................................................... 123

4.2.3. Inspeccin anual (pasos) ........................................................................... 123

4.2.4. Inspeccion interna (pasos) .......................................................................... 123

4.3. Criterios de seleccin de pasos para actividades de inspeccion y mantenimiento preventivo del top drive ............................................................... 126


4.4. Criterios de seguridad para realizar trabajos de inspeccion y mantenimiento preventivo del equipo top drive de perforacion .................................................... 127 4.4.1. Magnitud del riesgo .................................................................................... 128

4.4.2. Procedimientos de seguridad necesarios para realizar labores de inspeccin y mantenimiento preventivo del top drive ............................................ 130

4.5. Procedimiento para la inspeccion y mantenimiento preventivo contra daos en frenos de disco del top drive .................................................... 133 4.5.1. Actividad general de inspeccin y mantenimiento de frenos de disco ........................................................................................... 134

4.5.2. Actividad pormenorizada de inspeccin y mantenimiento de frenos de disco ...................................................................................................... 135

4.5.3. Inspeccin visual y mantenimiento de los frenos de disco .......................... 136

4.5.3.1. Observacin de las pastillas y mencin de presencia de dao ............... 136

4.5.3.2. Observacin de los discos y accin a tomar ........................................... 136

4.6. Procedimiento para la inspeccion y mantenimiento preventivo contra daos en el sistema de control hidraulico del top drive ............................. 138 4.6.1.Actividad de inspeccin visual generalizada del sistema de control hidraulico ................................................................................................... 138

4.6.2. Cambio de aceite del sistema de mando hidrulico como medida preventiva ............................................................................................................. 138

4.6.2.1. Especificaciones del aceite ...................................................................... 139

4.6.2.2. Control de la presin hidrulica por circuito ............................................. 139

4.7. Procedimiento para la inspeccion y mantenimiento preventivo contra daos en los engranajes dentados de la transmision rotaria del top drive ......................................................................................................... 140 4.7.1. Actividad generalizada de inspeccin y mantenimiento en la transmisin rotaria ............................................................................................ 140 4.7.2. Inspeccin rutinaria de los engranajes. ....................................................... 141

4.7.3. Actividad pormenorizada............................................................................. 141

4.7.3.1. Procedimiento para revisar el juego del engranaje .................................. 141

4.7.3.2. Usar el siguiente procedimiento para revisar el flujo de aceite de lubricacin ............................................................................................................. 143

4.7.3.2.1. Inspeccin anual de la bomba de aceite lubricante de la caja de transmisin ............................................................................................... 144

4.8. Procedimiento para la inspeccion y mantenimiento preventivo contra daos en los ventiladores centrifugos del top drive de perforacion .......... .145 4.8.1. Inspeccin diaria ......................................................................................... 145


4.8.4. Actividad generalizada de inspeccin y mantenimiento de sopladores centrfugos ............................................................................................................ 146

4.8.5. Actividad pormenorizada de inspeccin y mantenimiento de sopladores centrfugos ........................................................................................................... 147 4.8.5.1. Rotor ................................................................................................... 148 4.8.5.2. Motor ........................................................................................ 149

4.9. Procedimiento para la inspeccion y mantenimiento preventivo contra daos en los eslabones (brazos) del elevador ..................................................... 149 4.9.1. Actividad general de inspeccin y mantenimiento preventivo de los eslabones (brazos) del elevador .......................................................................... 150 4.9.2. Actividad pormenorizada de inspeccin y mantenimiento preventivo de los eslabones (brazos) del elevador ............................................................... 150 4.10. Procedimiento para la inspeccion y mantenimiento preventivo contra daos en los cilindros de contrapeso ......................................................... 151

4.10.1. Procedimiento para desarmar un cilindro hidrulico ................................ 152 4.10.2. Actividades de inspeccin en cilindros de contrapeso ............................. 152 4.10.3. Procedimientos de mantenimiento en cilindros de contrapeso ................ 154 4.11. Procedimiento para la inspeccion y mantenimiento preventivo contra daos en las mangueras rotarias del top drive ......................................... 156 4.11.1. Actividades necesarias para la inspeccin de mangueras rotarias .......... 156 4.11.2. Criterios y pruebas necesarias para el mantenimiento preventivo y correcta preservacin de las mangueras rotarias ............................................ 157 4.11.2.1. Prueba de presin ................................................................................. 157 4.11.2.2. Presin de rotura .................................................................................. 157 4.11.2.3. Radio de curvado de la manguera ........................................................ 157 4.11.3. Almacenaje de las mangueras mejores prcticas ................................. 158 4.11.4. Almacenaje de los terminales mejores prcticas .................................. 158 4.11.5. Rango de temperatura ............................................................................. 158 4.116. Frecuencia de inspeccin de mangueras rotarias del top drive ................ 158 4.12. Procedimiento para la inspeccion y mantenimiento preventivo contra daos en los motores electricos de impulsion del top drive ...................... 159 4.12.1. Actividad generalizada de inspeccin y mantenimiento preventivo en los motores elctricos ..................................................................................... 159 4.12.2. Actividad pormenorizada de inspeccin y mantenimiento preventivo en los motores elctricos ..................................................................................... 160 4.12.3. Recomendacin de un programa de inspeccin de un motor elctrico para aquel que necesite de su uso ........................................................ 162 4.12.3.1. Diariamente ........................................................................................... 162 4.12.3.2. Mensualmente ...................................................................................... 163 4.12.3.3. Semestralmente .................................................................................... 163 4.12.3.4. Anualmente ........................................................................................... 163 4.13. Procedimiento para la inspeccion y mantenimiento preventivo contra daos en los motores hidraulicos de impulsion del top drive .................... 164


CAPITULO V ....................................................................................................... 165 CONTROL DE LA INTEGRIDAD MECANICA DEL EQUIPO TOP DRIVE (LISTAS DE CHEQUEO Y PLAN DE INSPECCION Y MANTENIMIENTO PREVENTIVO) ..................................................................... 165 5.1. Lista de chequeo debe referirse bsicamente a cuatro aspectos distintos de la prevencin de riesgos laborales:................................................... 165 5.1.1. Agente material .......................................................................................... 165 5.1.2. Entorno ambiental ...................................................................................... 165 5.1.3. Caractersticas ........................................................................................... 165 5.1.4.Empresa u organizacin ............................................................................. 165

CONCLUSIONES....170 RECOMENDACIONES..171 BIBLIOGRAFA CITADA172 Anexo 1 Boletn de seguridad NABORS No. 05-0001 Cada de elemento del Top Drive al piso de trabajo en el Rig Anexo 2 Top Drive product Bulletin Canrig Recomendaciones del programa de inspeccin de top drives marca Canrig Drilling Technology Ltd. Anexo 3 Ficha de seguridad para trabajos de inspeccin y mantenimiento preventivo en Mangueras a Presin Parker Anexo 4 Alerta de Seguridad (IADC) 03 15 De la Asociacin Internacional de Contratistas de Perforacin desenroscado de tubera con mando superior (top drive) Resulta en lesiones al personal

TABLA INDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustracin 1 (Top Drive 750 ton. Tesco) Fuente: Tesco corp. ............................... 24


Ilustracin 2 Tren de poder del Top Drive Fuente: Tesco ...................................... 34

Ilustracin 3 Motores de perforacin de corriente alterna Fuente: compaa Varco

............................................................................................................................... 35

Ilustracin 4 Frenos del motor de perforacin Fuente: compaa Varco ................ 35

Ilustracin 5 Sistema enfriamiento del motor Fuente: compaa Varco ................. 36

Ilustracin 6 Transmisin y unin giratoria Fuente: Compaa Varco .................... 37

Ilustracin 7 Sistema de contrapeso Fuente: Compaa Varco ............................. 38

Ilustracin 8 Sistema controlador de la hidrulica Fuente: Compaa Varco ......... 39

Ilustracin 9 Pipe Handler (manejador de tubera) Fuente: Compaa Varco ........ 40

Ilustracin 10 Adaptador Rotatorio Fuente: Compaa Varco ................................ 41

Ilustracin 11 Sujetador de respaldo a la Torsin Fuente: Compaa Varco ......... 42

Ilustracin 12 Mecanismo de inclinacinFuente: Compaa Varco ........................ 42

Ilustracin 13 Vlvulas IBOP Fuente: Compaa Varco ......................................... 43

Ilustracin 14 Elevador de tubera de perforacin en Top Drive Fuente: Compaa

Varco ..................................................................................................................... 44

Ilustracin 15 Panel del perforador Fuente: Tesco corp. ....................................... 45

Ilustracin 16 Panel del Perforador Fuente: Compaa Varco ............................... 46

Ilustracin 17 Carro y Viga de viaje Fuente: Compaa Varco............................... 47

Ilustracin 18 Procedimiento para el diagnostico de Geopeligros Fuente: Autores

............................................................................................................................... 50

Ilustracin 19 Persona utilizando el Boroscopio en lugar de difcil acceso al ojo

humano Fuente: Autores ....................................................................................... 55

Ilustracin 20 Funcionamiento de la inspeccin por lquidos penetrantes Fuente:

Autores .................................................................................................................. 56

Ilustracin 21 Clasificacin y sub-clasificacin de lquidos penetrantes Fuente:

Autores .................................................................................................................. 56

Ilustracin 22 Funcionamiento de la inspeccin por partculas magnticas Fuente:

Autores .................................................................................................................. 57

Ilustracin 23 Funcionamiento de la inspeccin por mtodo de ultrasonido Fuente:

Autores .................................................................................................................. 59

Ilustracin 24 Diagrama de Ishikawa Fuente: Autores ........................................... 62

Ilustracin 25 Anlisis de la corriente elctrica Fuente: Autores ............................ 63

Ilustracin 26 Operaciones de Inspeccin y Mantenimiento en un equipo Top Drive

Fuente: www.alamaula.com ................................................................................... 65

Ilustracin 27 Conjunto Swivel Fuente: Autores..................................................... 69

Ilustracin 28 Tubo en S De un swivel de Top Drive Fuente: Autores ................... 70

Ilustracin 29 Wash Pipe del elemento Swivel del TD. Fuente: Autores ................ 70

Ilustracin 30 Asa del Swivel Fuente: Autores ....................................................... 71

Ilustracin 31 Vlvulas IBOP del Top Drive Fuente: Varco .................................... 72


Ilustracin 32 Cilindros de Contrapeso Fuente: Autores. ....................................... 72

Ilustracin 33 Cilindros de contrapeso en la parte superior del Top Drive Fuente:

Varco ..................................................................................................................... 73

Ilustracin 34 Funcionamiento de los cilindros de contrapeso Fuente: Autores .... 74

Ilustracin 35 Ubicacin del sistema de contrapeso del Top Drive Fuente: Varco. 74

Ilustracin 36 Funcionamiento del Soplador Centrifugo del Top Drive Fuente:

Autores .................................................................................................................. 75

Ilustracin 37 Partes de un Soplador Centrfugo Fuente: Autores ......................... 77

Ilustracin 38 Motor de ventilador centrifugo Fuente: Autores ....................... 78

Ilustracin 39 Diagrama de Ishikawa (causa raz) para los Sopladores centrfugos

del Top Drive, fuente: Autores ............................................................................... 80

Ilustracin 40 Engranajes de la transmisin del Top Drive Fuente: Varco ............. 81

Ilustracin 41 Caja de Transmisin propia de un Top Drive Fuente: Autores ........ 81

Ilustracin 42 Dientes y zonas de los engranajes Fuente: Autores ........................ 82

Ilustracin 43 Transmisin Rotaria del Top Drive Fuente: Autores ........................ 83

Ilustracin 44 Diagrama de Ishikawa (causa raz) para engranajes, fuente: Autores

............................................................................................................................... 84

Ilustracin 45 Freno de Disco presente en el Top drive Fuente: Autores .............. 87

Ilustracin 46 Sistema de Freno de Disco vista anterior Fuente: Autores .............. 87

Ilustracin 47 Funcionamiento de los frenos de disco como sistema de frenado en

el Top Drive Fuente: Autores ................................................................................. 88

Ilustracin 48 Partes de un freno de Disco Fuente: Autores .................................. 88

Ilustracin 49 Diagrama de Ishikawa (causa raz) para los Frenos de Disco, fuente:

Autores .................................................................................................................. 89

Ilustracin 50 Manguera rotaria Fuente: Autores ................................................... 93

Ilustracin 51 Manguera de perforacin (Rotary hose) Fuente: Parker catalogo ... 94

Ilustracin 52 Manguera de extrema presin fuente: catalogo general Mangueras

Hidrulicas CovarRubias e hijo Ltda. ..................................................................... 95

Ilustracin 53 Uniones martillo Fuente: Autores..................................................... 96

Ilustracin 54 Diagrama de Ishikawa (causa raz) para las Mangueras Hidrulicas

del Top Drive, fuente: Autores ............................................................................... 97

Ilustracin 55 e Ilustracin 56 Eslabones o brazos del elevador fuente: Autores .. 99

Ilustracin 57 Diagrama de Ishikawa (causa raz) para los brazos del elevador,

fuente: Autores ..................................................................................................... 100

Ilustracin 58 Brazos del elevador sacados de servicio por presentar averas

Fuente: Autores ................................................................................................... 101

Ilustracin 59 Brazos del elevador doblados tras accidente (cada del top drive)

Fuente: Autores ................................................................................................... 101


Ilustracin 60 Top drive acostado con Motores Elctricos visibles Fuente: Autores

............................................................................................................................. 102

Ilustracin 61 Partes bsicas de un Motor elctrico Fuente: Autores .................. 103

Ilustracin 62 Partes bsicas de un Motor elctrico Fuente: Autores .................. 103

Ilustracin 63 Diagrama de Ishikawa (causa raz) para daos en Motores

Elctricos del Top Drive fuente Autores ............................................................... 104

Ilustracin 64 Top drive con Motor Hidraulico visible Fuente: Autores ................. 107

Ilustracin 65 Partes componentes del Motor Hidrulico de pistones axiales

Fuente: Autores ................................................................................................... 108

Ilustracin 66 Ejemplo bsico del trabajo de un Motor Hidrulico de pistones

Axiales Fuente: Autores ....................................................................................... 109

Ilustracin 67 Motor Hidrulico de pistones radiales Fuente: Autores ................. 109

Ilustracin 68 Sistema de Fluido Hidrulico necesario para motor Fuente: Autores

............................................................................................................................. 112

Ilustracin 69 Presentacin de Aceites Hidrulicos en el mercado Fuente: Autores

............................................................................................................................. 113

Ilustracin 70 Diagrama de Ishikawa (causa raz) para daos en Motores

Hidrulicos del Top Drive fuente Autores ............................................................ 115

Ilustracin 71 Top drive y su inspector Fuente: Autores ...................................... 116

Ilustracin 72 Diagrama de Ishikawa (causa raz) para daos en TOP DRIVE por

races de tipo fsicas fuente Autores .................................................................... 117

Ilustracin 73 Diagrama de Ishikawa (causa raz) para daos en TOP DRIVE por

races de Humanas y Latentes fuente Autores .................................................... 118

Ilustracin 74 Top Drive durante procesos de mantenimiento Fuente: Autores ... 119

Ilustracin 75 Personal en labores de inspeccion de un top drive fuente: Fuente:

Autores ................................................................................................................ 122

Ilustracin 76 Rig en proceso de cambio de locacion Fuente: Autores ............... 122

Ilustracin 77 Top drive dentro de una instalacion de inspeccion Fuente: Autores

............................................................................................................................. 124

Ilustracin 78 Ejemplo de Metodologia de seleccin de Tareas Fuente: Juan

Gildardo Galvis Castrellon universidad pontificia Bolivariana/Campesa S.A trabajo

especial de grado ................................................................................................. 126

Ilustracin 79 Referente a la seguridad, factor totalmente importante al realizar

maniobras o labores con interaccion directa en el Top Drive. Fuente: Autores ... 127

Ilustracin 80 Bloqueo de energa Fuente: Autores ............................................. 130

Ilustracin 81 Proteccin visual Fuente: Autores ................................................. 130

Ilustracin 82 Personal inspeccionando el TD en estado quieto Fuente: Autores130

Ilustracin 83 Drenaje de lubricantes controlado Fuente: Autores ....................... 131

Ilustracin 84 Actividades no recomendadas Fuente: Autores ............................ 131


Ilustracin 85 Acumuladores hidroneumticos Fuente: Autores .......................... 131

Ilustracin 86 Falta de comprensin y competencia para ejecutar la labor Fuente:

Autores ................................................................................................................ 132

Ilustracin 87 Conocimientos idneos para el trabajo Fuente: Autores ............... 132

Ilustracin 88 Partes desgastables primordiales del freno de disco Fuente: Autores

............................................................................................................................. 133

Ilustracin 89 Procedimiento de inspeccin de daos en las pastillas del freno de

disco Fuente: Autores .......................................................................................... 134

Ilustracin 90 freno de Disco a la vista Fuente: Varco ......................................... 135

Ilustracin 91 retiro de mordaza de freno Fuente: Autores ................................. 135

Ilustracin 92 retiro de pastillas Fuente: Autores ................................................. 135

Ilustracin 93 Inspeccin visual de pastillas del Freno de Disco del TOP DRIVE

Fuente: Autores ................................................................................................... 136

Ilustracin 94 Inspeccin visual de Discos del Freno de Disco del TOP DRIVE

Fuente: Autores ................................................................................................... 136

Ilustracin 95 Limpieza de disco con lija para metal Fuente: Autores .................. 137

Ilustracin 96 Rectificacin de disco Fuente: Autores .......................................... 137

Ilustracin 97 Mltiple hidrulico Fuente: Autores................................................ 138

Ilustracin 98 Superficie de dientes asentados entre s Fuente: Autores ............ 140

Ilustracin 99 Engranajes con aceite (en este procedimiento debe ser drenado)

Fuente: Autores ................................................................................................... 141

Ilustracin 100 retiro de cubierta de acceso de la caja de transmisin del TD.

Fuente: Varco ...................................................................................................... 142

Ilustracin 101 Caja de Transmisin propia de un Top Drive sin su cubierta Fuente:

Autores ................................................................................................................ 142

Ilustracin 102 Revisin de juego de engranajes con alambre de soldadura

Fuente: Varco ...................................................................................................... 142

Ilustracin 103 Revisin de desgastes en dientes de engranajes Fuente: Autores

............................................................................................................................. 143

Ilustracin 104 Revisin del Nivel de aceite en la caja de engranajes Fuente: Varco

............................................................................................................................. 143

Ilustracin 105 Revisin del flujo de aceite en la transmisin rotaria Fuente: Varco

............................................................................................................................. 144

Ilustracin 106 Inspeccin anual de la bomba de aceite lubricante de la caja de

transmisin fuente: Varco .................................................................................... 145

Ilustracin 107 Sopladores centrfugos del Top Drive Fuente: Varco .................. 145

Ilustracin 108Soplador centrifugo y cuerpo y motor Fuente: Autores ................. 146

Ilustracin 109 Sentido de giro del Ventilador Centrfugo Fuente: Autores .......... 147

Ilustracin 110 Rotor del soplador centrifugo descubierto Fuente: Autores ......... 148


Ilustracin 111 Motor del soplador Centrifugo del Top Drive fuente varco ........... 149

Ilustracin 112 Brazo del elevador Fuente: Autores ............................................ 150

Ilustracin 113 Calibrador (pasa no pasa digital) Fuente: Autores....................... 150

Ilustracin 114 Forma de medir el desgaste de los eslabones con el calibrador

Fuente: Autores ................................................................................................... 151

Ilustracin 115 Cilindros de contrapeso en el Top Drive Fuente: Autores ........... 152

Ilustracin 116 Fugas Externas de fluido en cilindros hidrulicos Fuente: Autores

............................................................................................................................. 153

Ilustracin 117 Inspeccin visual de Cilindros Hidrulicos Fuente: Autores ........ 153

Ilustracin 118 Inspeccin del interior del Cilindro hidrulico Fuente: Autores .... 154

Ilustracin 119 Procesos de Rectificacin de Cilindros Hidrulicos Fuente: Autores

............................................................................................................................. 155

Ilustracin 120 Sellos (bandas) presentes en los cilindros hidrulicos Fuente:

Autores ................................................................................................................ 155

Ilustracin 121 Manguera rotaria unida al Top Drive Fuente: Autores ................. 156

Ilustracin 122 Radio de curvatura al inspeccionar mangueras Fuente: Manual

Parker .................................................................................................................. 157

Ilustracin 123 Componente motor elctrico en Top Drive Fuente: Autores ........ 159

Ilustracin 124 Bornes de conexin del motor Fuente: Autores ........................... 160

Ilustracin 125 Rejillas de circulacin de aire del sistema de enfriamiento del motor

del Top Drive Fuente: Varco ................................................................................ 161

Ilustracin 126 Motor con buen asentamiento en el Top Drive sin caja de seguridad

Fuente: Autores ................................................................................................... 161

Ilustracin 127 Inspeccin de las partes mviles del motor elctrico Fuente:

Autores ................................................................................................................ 162

Ilustracin 128 Conjunto Completo de motor de accionamiento, cajilla de

seguridad, soplador centrifugo ms su motor etc... Fuente: Autores ................... 162

Ilustracin 129 Inspeccin de los pistones de un motor hidrulico Fuente: Autores

............................................................................................................................. 164

Ilustracin 130 Lista de chequeo (Check List) Fuente: Autores ........................... 165

TABLA INDICE DE CUADROS


Cuadro 1 Cronologa del Top Drive Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco27

Cuadro 2 Fabricantes del Top Drive mas comunes en el mercado actual Fuente:

Autores .................................................................................................................. 28

Cuadro 3 puntos dbiles de productos Top Drive Fuentes: boletines de seguridad

fabricantes mas comunes del mercado actual ....................................................... 32

Cuadro 4 Clasificacin de sopladores centrfugos, segn su forma de

presentacin, Fuentes Autores .............................................................................. 77

Cuadro 5 Problemas causas y soluciones en sopladores centrfugos Fuentes:

Catalogo de sopladores industriales, Cirigliano industrias ..................................... 79

Cuadro 6 Problemas ocurridos en la superficie y dientes de la transmisin rotaria

Fuentes: Autores .................................................................................................... 86

Cuadro 7 Problemas ocurridos en el Sistema de Frenos de Disco, Fuentes:

Autores .................................................................................................................. 92

Cuadro 8 Consideraciones para manipular mangueras de perforacin, Fuentes:

catalogo de mangueras PARKER .......................................................................... 95

Cuadro 9 Problemas ocurridos en mangueras fuentes: catalogo de mangueras

PARKER ................................................................................................................ 98

Cuadro 10 problemas ocurridos en motores elctricos, fuentes: manual de

inspeccin y mantenimiento de motores elctricos weg equipamientos elctricos

s.a ........................................................................................................................ 107

Cuadro 11 Problemas ocurridos en Motores Hidrulicos, Fuentes: Autores ........ 112

Cuadro 12 criticidad/prioridad de inspeccion y tiempo de solucion a problemas

encontrados en el equipo fuente: GIAS group (proceso de prearranque para

equipos de perforacion) ....................................................................................... 121

Cuadro 13 Procedimientos para la inspeccion del Top Drive y sus partes segn

frecuencia de tiempo fuente: Blake international platform ................................... 125

Cuadro 14 Clasificacin de consecuencia para personas (C) fuente: Juan Flores

Ramrez (Identificacin y evaluacin del riesgo HAZOP) .................................... 128

Cuadro 15 Clasificacin de Exposicin para personas (E) fuente: Juan Flores


Cuadro 16 Clasificacin de Probabilidad para personas (P) fuente: Juan Flores


Cuadro 17 Clasificacin de Criticidad para personas Fuente: Juan Flores Ramrez

(Identificacin y evaluacin del riesgo HAZOP) ................................................... 129

Cuadro 18 Matriz de Gravedad de peligro para personas fuente: Juan Flores


Cuadro 19 Operacin del Freno de Disco en el TOP DRIVEFuente: CANRIG

Product Bulletin Top Drive ................................................................................... 133


Cuadro 20 frecuencia de inspeccin y mantenimiento del mltiple hidrulico

Fuente: Autores ................................................................................................... 138

Cuadro 21 Especificaciones del aceite segn criterios Fuente: Autores .............. 139

Cuadro 22 Propiedades necesarias para el aceite del sistema de control hidrulico

Fuente: Autores ................................................................................................... 139

Cuadro 23 verificacin y comparacin del desgaste en los eslabones del elevador

de tubera fuente: Varco ...................................................................................... 151

Cuadro 24 frecuencia de inspeccin de mangueras rotarias del TD. Fuente:

Manual Parker ...................................................................................................... 158

Cuadro 25 frecuencia de inspeccin y mantenimiento preventivo del sistema de

motor hidrulico del Top Drive fuente: Autores .................................................... 164

Cuadro 26 lista de chequeo total final propuesta por los autores de esta Gua para

como sugerencia importante para los correctos procedimientos de inspeccin y

mantenimiento preventivo del equipo top drive y su control de la integridad

Mecnica ............................................................................................................. 166


Ilustracin 1 (Top Drive 750 ton. Tesco) Fuente: Tesco corp.


CAPITULO l MARCO TEORICO 1. GENERALIDADES DEL TOP DRIVE.

Un equipo Top Drive es un motor de tipo hidrulico o elctrico que se suspende en

la torre (mstil) de un equipo de perforacin de pozos de petrleo y gas, este

equipo nos permite desarrollar con grandes ventajas las tareas de perforacin ya

que transmite la fuerza necesaria para hacer girar el conjunto de la sarta y la broca

dentro del pozo, por lo que es actualmente muy utilizado en los procesos de

perforacin de pozos, donde el uso del Top Drive resulta provechoso pues elimina

la necesidad de usar la tradicional unidad de Kelly y mesa rotaria por lo que se

reduce la cantidad de trabajo manual y los riesgos tanto de tipo operacionales

como para las personas que realizan la tarea de perforacin, el uso del equipo Top

Drive se traduce en una mayor eficiencia en la realizacin de las operaciones de

perforacin.

En el equipo Top Drive podemos encontrar que el sistema rotacin y la swivel se

han combinado en una sola unidad. En este caso la sarta de perforacin se conecta

en el equipo donde la fuerza de rotacin se aplica directamente y el lodo entra a la

sarta de perforacin en forma similar a como lo hace en la swivel. Como la fuerza

de rotacin ya ha sido aplicada, no se necesitar la Kelly ni de Kelly-bunshing

(buje de transmisin). La ventaja de un equipo Top Drive sobre el sistema de Kelly

convencional es que la Kelly, a medida que progresa la perforacin, slo puede

instalarse una sola tubera en cada conexin. Este proceso implica que la Kelly sea

desconectada de la sarta de perforacin, levantar y conectar la nueva junta y

despus conectar otra vez la Kelly a la sarta de perforacin. Con una unidad de Top

Drive, la operacin no slo es mucho ms simple por el hecho de que la tubera est

directamente conectada al Top Drive, sino que permite que sea agregada tres

tuberas juntas de una vez. Lo que corresponde a una Lingada la cual puede ser

perforada en forma continua, mientras que slo se puede perforar la longitud de un

tubo cuando se perfora con Kelly.

Para el equipo Top Drive encontramos que existen ciertas ventajas que lo hacen ms eficiente y seguro para las operaciones de perforacin como:

El Top Drive hace rotar la sarta de perforacin de manera directa.

Mejora la seguridad en el manejo de la tubera. Todas las operaciones se las realiza por control remoto desde la cabina del perforador; reduciendo las labores manuales y riesgos asociados que tradicionalmente acompaan a la tarea.


Capacidad de enroscar las conexiones dndoles un torque adecuado.

Perfora secciones mientras reduce el tiempo de conexiones.

En la perforacin direccional, mantiene la orientacin en intervalos de 90 pies, reduciendo el tiempo de supervisin (survey time) mejorando el control direccional.

Apto para toda operacin de perforacin: direccional, horizontal, bajo balance, perforacin de gas o aire, control de pozo, pesca, etc.

Reduce el riesgo de aprisionamiento de la sarta, por su habilidad de rotar y circular al mismo tiempo.

El Top Drive aumenta la seguridad del pozo al reducir el desgaste de la preventora de reventones y al permitir que la preventora de cabeza rotario ajusten alrededor de un tubo redondo en lugar de alrededor de una kelly, cuadrante o hexagonal.

1.1. HISTORIA DEL TOP DRIVE

El Top Drive tiene sus comienzos en la dcada de los 80s cuando por cuestiones operativas, econmicas y de seguridad entre otros, el sistema de kelly en las operaciones de perforacin se volva inoperable, por lo que se empez a enfatizar en nuevas tecnologas con mejores beneficios en cuanto a los tpicos dichos anteriormente. Es as como en 1983, comienza el desarrollo del DDM (Derrick Drilling Machine), para reemplazar la forma convencional de rotar la sarta de perforacin con Vstago y Mesa Rotaria. El primer modelo fue lanzado en 1984, este fue el DDM 650 DC, un Top Drive a corriente continua de 650 toneladas de peso y diseado para instalaciones offshore. Siguiendo con el desarrollo, se introduce un Top Drive hidrulico en 1987, el DDM 500/650 HY. La demanda por el incremento de la capacidad de torque result en el desarrollo de 2 versiones del Top Drive, el DDM 500/650 EL y el DDM650 HY de alto torque, ambos lanzados en 1989. En 1993, se introduce en el mercado un motor Top Drive de 2.100 Hp y 8.800 N.m. de torque de salida, con este equipo se perfor un pozo direccional de 12.000 Ft. Es obvio que en las ltimas dcadas la perforacin con Top Drive ha venido a ser el mtodo predominante de perforacin en pozos offshore. Al presente hemos experimentado que operaciones crticas en pozos onshore son perforados usando sistemas de Top Drive. Adems de considerar lo anterior y factores que van desde los costos que implica el alquiler de las herramientas de perforacin, el tiempo que toma en perforar cada pozo, factores de seguridad y otros; fueron los que obligaron de alguna manera la bsqueda de nuevas tecnologas para llevar a cabo la perforacin. Si bien se indica que el Sistema Top Drive es costoso, tambin es necesario indicar los mltiples beneficios que implica su adopcin dentro las tareas de perforacin.


1.1.1. LINEA CRONOLOGICA DEL TOP DRIVE

Cuadro 1 Cronologa del Top Drive Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

1982 (TDS1) se desarrolla el concepto de Top Drive 1983 (TDS3) primer xito mundial del Top Drive

1985 (Bj power Swivel), se aade el primer inyector de fluido a travs del motor. 1985 (TDS-3H) nueva unidad de alto torque generada elctricamente 1985 (Bretfor 500 H) aparece la primera unidad hidrulica

1988 (IDS-1) primera unidad con tubo de torque sin seguimiento 1988 (TDS-4H) aparece la primera unidad con doble velocidad en la caja de cambios

1989 (TDS-4S) primera unidad Top Drive con Swivel integrado 1990 (TDS-7S) aparece la primera unidad trabajando a corriente alterna

1994 (TD 350) primer unidad con resistencia a 350 toneladas, adems presentaba dos estilos de motor en su parte superior

1995 (DTD-H-150-23-250-G) Compacto, con doble caja de reduccin, accionado por dos motores hidrulicos de desplazamiento variable

1997 (PS2-750) Se desarrolla una unidad Top Drive de 750 Toneladas 2001 (PS2-1000) National introduce al mercado su Top Drive con capacidad de Torque de 1000 Ton.

2002 (IDS-4A) aparece la primera unidad con lnea de flujo de lodo a travs del motor

2004 (IDS-350P) NOV implementa el primer Equipo Top Drive con permanente motor Magntico.

1980 1990 2000 2014


1.2. CONSIDERACIONES DE FABRICANTE IMPORTANTES PARA INSPECCION Y MANTENIMIENTO

PREVENTIVO

FABRICANTES DEL TOP DRIVE MAS COMUNES EN EL MERCADO ACTUAL

TOP DRIVES MARCAS

COMERCIALES CON MAYOR USO EN LA INDUSTRIA

COLOMBIANA

TESCO CORPORATION

NATIONAL OILWELL VARCO

CANRIG DRILLING TECHNOLOGY LTD

HONGHUA GROUP LTD

Cuadro 2 Fabricantes del Top Drive ms comunes en el mercado actual Fuente: Autores


PUNTOS DEBILES CON REQUERIMIENTOS DE INSPECCIONES Y MANTENIMIENTOS PREVENTIVOS, DECLARADOS POR LOS

FABRICANTES DEL TOP DRIVE MAS COMUNES EN EL MERCADO ACTUAL

MARCA INFORMACION DEL

PRODUCTO AFECTADO ACCION

REQUERIDA

Tesco Corporation, Safety Bulletin No: SB031, October

9, 2007

Los productos afectados incluyen 400 unidades (top drives de 150T y 250T) con nmeros de unidad 500 y por debajo que fueron fabricados antes del 1 de junio de 2007. TESCO recibi un nmero de Oilfield Elctrica Marina (OEM TT400) motores que contenan deficiencias que puedan dar lugar a riesgos de seguridad elctrica. Las deficiencias que requieren cambios y/o controles de inspeccin y mantenimientos exigentes, dentro de este marco deben conocerse los siguientes riesgos: 1) Las conexiones pertenecen a otro tipo de motor. 2) la unidad contiene sellado insuficiente de los cables del motor en el punto de entrada provocando Insuficiente separacin entre las conexiones del motor y la carcasa 600V AC

Como accin primordial se debe realizar una inspeccin de los motores OEM (TT400) para determinar si la unidad requiere mantenimiento. El procedimiento siguiente describe cmo realizar un mantenimiento preventivo a esta unidad segn se presenta en este boletn. 1. Asegrese de que el top drive esta desconectado 2. Quite el cable y los tornillos de seguridad desde el panel de la caja de conexiones del motor. 3. Instale sellado glndula alrededor de los cables en el punto de entrada de la caja de conexiones, si no est ya presente. 4. Retire la cinta de vinilo del rea de remache para exponer engarzado. 5. Inspeccionar orejeta para determinar si la orejeta correcta se ha utilizado y si ha sido asegurada 6. Asegrese las


barras conductoras, incluyendo las terminaciones elctricas y conexiones del motor caja acstica se mantiene. 7. Apriete los pernos conductores del motor a 75 ft- lb en el montaje. 8. Aplicar nueva cinta aislante protector. 9. Vuelva a colocar la caja de empalmes tapa y los tornillos del cable de seguridad

Varco systems, Safety Bulletin TDS- 03-06, 05 de febrero 2003

Potencial objeto cado del Enlace de Inclinacin Intermedio Durante un viaje fuera del agujero, el operador de la torre estaba inspeccionando visualmente el Top Drive. Al pasar junto a l, se dio cuenta de que haba una tuerca floja en la abrazadera del cable que conecta el cable de liberacin. No se registraron heridos como resultado de este incidente.

Aunque este incidente se produjo con un top drive PH- 75, todos los top drive Varco han utilizado estas Wire Rope Clips para el enlace de inclinacin de Parada intermedia por Lo que los cables en todo top drive Varco deben ser inspeccionados inmediatamente si hay sujetadores sueltos o faltantes, as como el estado del cable. Cualquier componente perdido o daado debe ser reemplazado

Canrig boletn del producto: Top Drive

Inspeccin despus de perodos de Rough Drilling

N : 007, 008

toda unidad Top Drive producida por Canrig drilling puede ser objeto de ocurrencias y fallos por causas diversas, Por lo que requiere de un plan de inspeccin y mantenimiento.

Se recomienda el siguiente procedimiento de inspeccin despus de perodos de perforacin aproximada: 1. Realizar un examen visual completo de la unidad superior en busca de cualquier seal de dao.


Canrig boletn del producto: Top Drive

Inspeccin despus de perodos de Rough Drilling

N : 007, 008

2. Inspeccione visualmente la tubera de entrada de lodo. 3. Revise todos los tornillos bloqueados alambre por daos o cables rotos. Si se detectan cables rotos, comprobar los pernos afectadas por tensin y volver a colocar. Las especificaciones de torsin se documentan en las partes del libro. Cambie los cables daados. 4. Revise todos los pernos externos que no estn conectados estn apretados. En la siguiente lista se proporciona como una gua. (ver tabla) 5. Revise todos los guardias, los respiraderos y las cubiertas estn bien apretadas. 6. Asegrese de que todos los cables de seguridad estn correctamente y firmemente conectadas. 7. Examine visualmente el interior de la caja de conexiones para los componentes sueltos.

Honghua Group, product bulletin

HH Top Drive utiliza un motor de corriente alterna variables, desarrollado por la filial de Honghua Hongtian (HT), que elimina la necesidad de una caja de cambios, sistema de lubricacin y cojinetes asociados,

Caractersticas Transmisin directa por motor de corriente alterna, que elimina la necesidad de una caja de cambios, sistema de lubricacin y cojinetes asociados, ruedas de friccin y


ruedas de friccin y problemas de juntas. El resultado es un bajo mantenimiento, unidad superior de alto rendimiento, alta fiabilidad para aplicaciones de alto torque de perforacin. El Top Drive estar disponible en los modelos 250, 500, 750 y 1.000 Ton.

problemas de juntas. El diseo modular de la unidad superior se puede montar, mantener y reemplazar fcilmente en la plataforma, y luego a reducir el tiempo de inactividad y mantenimiento tiempo. Motor Direct Drive AC proporcionan la mayor torque en el corto perodo de tiempo que mejoran la eficiencia de la perforacin. El sistema de refrigeracin de aire de alto volumen de ayuda para soportar temperaturas asociado con la operacin contina y aumentar la eficiencia y durabilidad.

Cuadro 3 puntos dbiles de productos Top Drive Fuentes: boletines de seguridad fabricantes ms comunes del mercado actual


1.3. COMPONENTES PRINCIPALES DEL TOP DRIVE

Para hacer una correcta inspeccin y un buen anlisis de los riesgos operativos que pueden dar lugar en el equipo Top Drive debemos tener en cuenta que este es un equipo superficial utilizado para imprimir rotacin a la sarta de perforacin sin la utilizacin de la mesa rotaria ni la flecha, y que hemos descompuesto en dos partes que a su ver se componen de sub-partes importantes.

1.3.1. TREN DE PODER (POWER TRAIN) 1.3.1.1. Motores de perforacin de corriente Alterna

1.3.1.2. Frenos del motor de perforacin

1.3.1.3. Sistema de enfriamiento del motor de perforacin

1.3.1.4. Caja de transmisin y uni giratoria

1.3.1.5. Sistema de contrapeso

1.3.1.6. Sistema de control Hidrulico

1.3.2. MANEJADOR DE TUBERA (PIPE HANDLER)

1.3.2.1. Adaptador rotatorio

1.3.2.2. Sujetador de respaldo a la torsin

1.3.2.3. Mecanismo de inclinacin

1.3.2.4. Vlvulas de prevencin de reventones (IBOP)

1.3.3. COMPONENTES SECUNDARIOS

1.3.3.1. Elevador Hidrulico de tubera de perforacin

1.3.3.2. Bucle de servicios

1.3.3.3. Panel de perforacin

1.3.3.4. Mdulo de poder

1.3.4. CARRO Y VIGA DE GUIA


1.3.1. Tren de poder (POWER TRAIN)

Ilustracin 2 Tren de poder del Top Drive Fuente: Tesco

El tren conductor es un componente cuyo sistema de perforacin con motor

superior porttil y compacto. Contando con dos motores de perforacin de

corriente alterna normalmente de frecuencia variable proporcionan la potencia

que requiere la operacin de perforacin, adems cuenta con un sistema

hidrulico incorporado que efecta funciones auxiliares, eliminando la

necesidad de una unidad de potencia y circuitos de fluido independientes. A

continuacin se expondrn las seis (6) sub-partes ms importantes que

componen al Power train (tren conductor).

1.3.1.1. Motores de perforacin de corriente alterna.

Son motores de corriente alterna montados verticalmente encima del cuerpo

principal del Top Drive, estos se conectan al cuerpo principal a travs de un

plato "D". Este mtodo de montaje permite instalar los motores de perforacin

sin lminas de compensacin ni alineacin especial. Cada motor tiene un eje

de doble extremo, con un pin de mando en el extremo inferior y un rotor de

freno de disco en el extremo superior. Dos discos de freno con calibres

hidrulicos, montados en la parte superior de cada motor, aguantan torsin en

la sarta de tubera y ayudan a mantener la posicin durante los trabajos

direccionales Una vlvula de solenoide elctrico opera los calibres hidrulicos

de los frenos de disco.


Ilustracin 3 Motores de perforacin de corriente alterna Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

1.3.1.2. Frenos del motor de perforacin

Ilustracin 4 Frenos del motor de perforacin Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

Los motores de perforacin son del tipo de chasis abierto, para permitir que el

aire de enfriamiento que pasa dentro del motor. Se compone de una parte

mvil (el disco) que gira a sincrona con el motor del equipo TD. Y es sometido

al rozamiento de unas superficies de alto coeficiente de friccin (las pastillas)

que ejercen sobre este una fuerza suficiente como para transformar toda o

parte de la energa cintica del motor en movimiento, en calor, hasta detenerlo


o reducir su velocidad, segn sea el caso. Esta inmensa cantidad de calor ha

de ser evacuada de alguna manera, y lo ms rpidamente posible.

1.3.1.3. Sistema de enfriamiento del motor de perforacin

Ilustracin 5 Sistema enfriamiento del motor Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

El sistema de enfriamiento del motor utiliza sopladores con entradas de aire

locales. Consiste de dos motores de 5 HP de corriente alterna montados de

forma integral encima de cada motor de perforacin de CA. Se toma aire de la

entrada de aire en la cubierta de los frenos y se distribuye a travs de

conductos rgidos a aperturas en la parte superior de cada motor. El aire de

enfriamiento pasa dentro de los motores de perforacin de CA tipo chasis

abierto y sale a travs de las aperturas en la parte inferior de los motores.

1.3.1.4. Caja de transmisin y Unin Giratoria

Transfieren la potencia producida por los motores de perforacin de corriente

alterna a la sarta de tubera dentro del cuerpo principal de la transmisin y

motor hay un sistema de engranajes de doble reduccin que proporciona una

relacin de 10.5:1 desde los motores al eje principal. El cuerpo principal de la


caja del motor tiene un tanque sellado de aceite de lubricacin para los

engranajes y los cojinetes.

Ilustracin 6 Transmisin y unin giratoria Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

Que son lubricados por una bomba de aceite integrada al cuerpo principal. La bomba de aceite es impulsada por un motor hidrulico de baja velocidad. El aceite de lubricacin filtrado circula por los cojinetes de empuje principal, de ajuste, radial inferior y de los engranajes compuestos y entre los dientes de los engranajes hay un conjunto de tubo de lavado (washpipe) y empaque estndar ubicado entre el eje principal y el tubo "S". La tapa soporta el tubo "S". El asa de acero de aleacin forjado se inclina hacia delante para conectarse con los ganchos de perforacin estndar. El asa est equipada con bujes de bronce lubricados con grasa.

1.3.1.5. Sistema de contrapeso

El sistema de contrapeso incluye dos cilindros hidrulicos entre el asa y el gancho, Cuando el equipo entra en operacin los dos cilindros soportan la mayora del peso. Este sistema protege las roscas de la sarta de tubera soportando el peso de la tubera cuando se hacen o se rompen las conexiones. El sistema "Stand Jump" es un dispositivo opcional del equipo. Activado desde la consola del perforador permite cambiar la modalidad de operacin de los cilindros de contrapeso de la condicin estndar de DRILL (Perforacin), a


STAND JUMP. En la modalidad STAND JUMP los cilindros levantan el peso del Top Drive de la sarta de perforacin cuando se rompe una conexin. Esto reduce los esfuerzos sobre las roscas y evite daos. Los cilindros levantan el asa de la unin giratoria de su punto de apoyo en el gancho.

Los dos cilindros hidrulicos estn conectados a un acumulador

hidroneumtico ubicado en el cuerpo principal. Se puede usar una vlvula

manual para extender los cilindros para ayudar durante el montaje del equipo.

Se carga el acumulador con fluido hidrulico y se mantiene una presin

predeterminada usando el circuito de contrapeso en el mltiple de control

hidrulico, localizado en el cuerpo principal. El mltiple hidrulico controla toda

la potencia hidrulica

Ilustracin 7 Sistema de contrapeso Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

1.3.1.6. Sistema de control hidrulico

El sistema de control hidrulico es completamente auto contenido. Es activado por un motor de corriente alterna de 10 HP y 1,800 RPM, el cual impulsa dos motores hidrulicos. Una bomba de desplazamiento constante impulsa el motor del sistema de aceite de lubricacin. Una bomba de desplazamiento variable proporciona potencia hidrulica para los frenos de los motores de perforacin, el cabezal giratorio, el preventor de reventones de activacin remota, el cilindro del sujetador de respaldo de la tubera, la inclinacin de los eslabones y el sistema de contrapeso.


Ilustracin 8 Sistema controlador de la hidrulica Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

El mltiple hidrulico se conecta al cuerpo principal y contiene las vlvulas de solenoide y control de presin y flujo.

El aceite hidrulico lo suministro un tanque sellado de acero inoxidable, eliminando as la necesidad de drenar y rellenar el sistema durante las mudanzas de taladro normales. Este depsito est montado entre los dos motores de perforacin de corriente alterna y est equipado con coladores y un vidrio de nivel de aceite. Tres acumuladores hidroneumticos estn localizados en el cuerpo principal. El sistema de contrapeso usa el acumulador ms grande. El acumulador mediano descarga la bomba de desplazamiento variable y el acumulador ms pequeo activa el circuito de retardo del actuador del preventor de reventones interno (IBOP).


1.3.2. MANEJADOR DE TUBERA (PIPE HANDLER)

Ilustracin 9 Pipe Handler (manejador de tubera) Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

El manejador de tubera ubicado en la parte baja del power train, y es el

encargado de funciones relacionadas directamente con la tubera de

perforacin actividades como sujetar la tubera durante las operaciones as

como de ejercer control de reventones en el pozo, est equipado con seis (6)

sub componentes encargados de estas tareas, enunciados a continuacin.

1.3.2.1. Adaptador Rotatorio El adaptador rotatorio ubicado en la parte superior del Pipe handler, utiliza un conjunto

de anillos deslizantes. Lo que permite dejar las lneas hidrulicas conectadas mientras

que el Pipe handler gira con los componentes de la sarta de tubera cuando se est

saliendo del pozo o cuando se ajusta la inclinacin de los eslabones. El adaptador

rotatorio tambin proporciona un lugar para conectar el sistema de inclinacin de

eslabones, el cilindro del sujetador de respaldo de la tubera y el conjunto de

activacin remota del IBOP


Ilustracin 10 Adaptador Rotatorio Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

El adaptador rotatorio contiene ranuras que se alinean con agujeros radiales en el vstago de carga, permitiendo el flujo de fluido hidrulico entre el adaptador rotatorio y el vstago de carga mientras que estn rotando. Los agujeros radiales en el extremo superior del vstago de carga se conectan con las conexiones de manguera que alimentan al mltiple hidrulico. Los agujeros radiales en el extremo inferior del vstago de carga se conectan a ranuras selladas en el adaptador rotatorio que en cambio se conectan a todos los actuadores en el Pipe handler. El adaptador rotatorio es impulsado en ambas direcciones mediante un motor hidrulico. Una vlvula de solenoide elctrico opera el motor hidrulico del adaptador rotatorio.

1.3.2.2. Sujetador de Respaldo a la torsin El Sujetador de respaldo de est soportado por un chasis de torsin que cuelga

del adaptador rotatorio. El sujetador de respaldo est ubicado debajo del

hombrillo inferior del sustituto. Consiste de un par de mordazas de agarre con

insertos de tenazas y un cilindro hidrulico para apretar la caja de la conexin

de herramienta al estar conectado al sustituto. El cuerpo del sujetador de

respaldo est conectado al chasis de torsin de manera que puede flotar

verticalmente y permitir que se conecten las roscas y a la vez neutralizar la

torsin aplicada para apretar y romper las conexiones


Ilustracin 11 Sujetador de respaldo a la Torsin Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

1.3.2.3. Mecanismo de inclinacin

Ilustracin 12 Mecanismo de inclinacin Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco


Los conjuntos de los cilindros de inclinacin de eslabones estn formados por las barras de cilindro conectadas al adaptador rotatorio y los cuerpos de cilindro acoplados a los eslabones con abrazaderas. Al operar el interruptor en la consola del perforador y aplicar presin a los cilindros, el elevador de tubera de perforacin se extiende hasta el hueco de ratn o regresa a la posicin de perforacin. Una posicin flotante permite que los eslabones vuelvan al centro del pozo. El pasador en el conjunto de cilindro limite el viaje del elevador hacia la posicin del encuellador. Jalando una cuerda se suelta el sujetador que permite que el elevador mueva a la posicin del hueco de ratn.

1.3.2.4. Vlvulas de prevencin de Reventones

Las vlvulas (IBOP), se utilizan para controlar o prevenir el reflujo o apagar cuando la

vlvula de seguridad del vstago de perforacin se desconecta de la tubera de

perforacin. Estas vlvulas tienen un nico cuerpo de una pieza, asiento superior y

diseo del anillo de bloqueo. Es una vlvula de bola de paso completo que ayuda a

controlar el pozo, tiene conexiones de 6 5/8 in. Reg. RH y estn clasificadas para

15,000 psi de presin.

Ilustracin 13 Vlvulas IBOP Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco


1.3.3. COMPONENTES SECUNDARIOS

1.3.3.1. Elevador Hidrulico de tubera de perforacin

Ilustracin 14 Elevador de tubera de perforacin en Top Drive Fuente: Compaa Varco

Un elevador de tubera de perforacin es colgado de un par de eslabones de

ojales grandes conectados al adaptador de eslabones al activar el sistema de

inclinacin de eslabones el elevador es extendido para facilitar la operacin de

recoger la tubera.

Los elevadores automticos, eliminan la necesidad de tener a una persona

operndolos manualmente. Esto da la capacidad de abrir y cerrar los

elevadores en posiciones sumamente altas de BHA (Bottom Hole Assembly), y

reduciendo de la misma forma la exposicin del operario a los riesgos

adicionales asociados con operaciones manuales de los elevadores.

1.3.3.2. Bucle de servicios

El Bucle de Servicio es un conjunto de lneas que permiten la comunicacin de

los elementos que comprenden al Sistema Top Drive. Enva y recibe

comunicacin elctrica desde el mdulo de poder y el panel de perforacin, as

como el flujo hidrulico hacia y desde el Top Drive.


Es de alta importancia que se da al momento de instalar estas lneas; debiendo

tener el cuidado para que no se daen por el levantamiento o se vean

obstruidas en medio de la torre. El Bucle de Servicio no debera de estar en

contacto con ninguna parte de la torre.

1.3.3.3. Panel de Perforacin El Panel de Perforaciones es un tablero de acero inoxidable equipado con

todos los controles o mandos, los indicadores luminosos, instrumentos de

medicin y conectores requeridos para operar el Top Drive desde la posicin

del perforador.

Ilustracin 15 Panel del perforador Fuente: Tesco corp.

Todos los mandos son de 24 voltios (DC). Hay dos cables principales,

compuesto a su vez por otros 37 cables, cada uno con una funcin especfica.

Uno de ellos conecta el mdulo de poder (power module) al panel de

perforaciones y otro conecta el Top Drive tambin con el panel de

perforaciones.

El panel de perforacin se equipa de:

Acelerador

Potencimetro de lmite de torsin

Potencimetro de lmite de apriete

Interruptores y botones

Luces y seales indicadoras de emergencia y problemas


Ilustracin 16 Panel del Perforador Fuente: Catalogo TD, National OlWell Varco

1.3.3.4. Mdulo de poder

Los Sistemas Top Drive de carcter hidrulico, vienen complementados con

bombas hidrulicas de diferentes clases. Estas bombas envan un flujo

hidrulico a travs de un bucle cerrado, un sistema de alta presin hacia el

motor del Top Drive, el cual provee la rotacin a la pluma. Bombas adicionales

envan un flujo hidrulico a travs de un si

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