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Caso de Estudio: Barrenas de Conos Giratorios Kaldera Incrementan 37% las Horas de Perforación en Pozos Geotérmicos de Italia

Sellos y grasa lubricante de avanzada prolongan la vida útil de los cojinetes en ambientes de alta temperatura

Challenge: Perforar formaciones ígneas/metamórficas duras y abrasivas con temperaturas de fondo de pozo de hasta 570ºF, con el fin de explotar un yacimiento con vapor sobrecalentado para un proyecto geotérmico de rentabilidad marginal.

Solution: Encarar el desarrollo de nuevos materiales de sellado y lubricación que aumentarán la durabilidad de los cojinetes de las barrenas en ambientes de alta temperatura. Introducir la nueva tecnología de barrenas de conos giratorios Kaldera diseñada específicamente para las aplicaciones de pozos geotérmicos y de alta temperatura más exigentes del mundo.

Result: Las horas de perforación con la barrena en el fondo del pozo se incrementaron 37% respecto de los pozos vecinos, lo que se tradujo en carreras más largas de la barrena y menos viajes para terminar el pozo. De este modo se estableció un nuevo récord de horas de perforación con la barrena en el fondo del pozo en el campo Larderello.

Los avances y la legislación convierten la energía geotérmica en un competidor legítimo

La industria energética mundial está concentrando más esfuerzos en el desarrollo de los recursos geotérmicos. Los principales países productores de energía geotérmica son Estados Unidos, Filipinas, Indonesia, México e Italia. También se han realizado experimentos de perforación de pozos a temperaturas elevadas en Japón, Islandia y otras áreas geológicamente activas. En los últimos 20 años, las innovaciones técnicas redujeron significativamente las erogaciones de capital requeridas para construir sistemas de generación de energía geotérmica, lo que los convierte en un método económicamente más efectivo de producción de electricidad que el gas natural o el carbón limpio. Por otro lado, los mecanismos de soporte de los gobiernos y la liberalización de los mercados de la electricidad están generando un impulso adicional. Hoy se han implementado políticas de soporte que estimulan la producción y la venta de la electricidad producida a partir de fuentes geotérmicas y de otras fuentes de energía alternativa en 60 países aproximadamente.

Necesidad de contar con herramientas de fondo de pozo resistentes a la temperatura

El desarrollo de tecnologías económicamente efectivas para perforar pozos de producción en ambientes de alta temperatura, requerirá el mejoramiento de las herramientas actuales y actividades de investigación destinadas a desarrollar productos de próxima generación. En muchas aplicaciones geotérmicas, las formaciones ígneas duras/abrasivas son perforadas con barrenas de conos giratorios (RC); sin embargo, las temperaturas oscilantes entre 350ºF y 550ºF pueden reducir la vida útil de las barrenas, lo que se traduce en carreras múltiples que incrementan los costos de desarrollo de los campos.

Para explotar económicamente numerosos proyectos geotérmicos actualmente vigentes en Italia, los operadores requerían una tecnología mejorada de barrenas de conos giratorios: debían ser capaces de tolerar los ambientes de altas temperaturas para incrementar las longitudes de las carreras y las horas de perforación con la barrena en el fondo del pozo, lo cual redujo a la vez el tiempo de maniobra y el consumo total de barrenas.

Solución con una barrena de conos giratorios

Para desarrollar una tecnología de barrenas de conos giratorios destinada específicamente a las operaciones de perforación geotérmicas, se lanzó una iniciativa que puso el foco en la durabilidad de las barrenas. El proyecto comenzó con un análisis de aplicaciones que exploró las complejidades de las variaciones de temperatura y presión de fondo de pozo. Provistos de conocimientos más exhaustivos, los ingenieros trabajaron para desarrollar una fórmula patentada de un compuesto de sellado especial de fluorocarbono y grasa de lubricación que tolerara las altas temperaturas. La investigación resultó exitosa y se desarrolló un nuevo sello con una trama de compuestos reforzados, que proporcionan una excelente estabilidad térmica y resistencia al desgaste. Además, se formuló un compuesto de lubricación para altas temperaturas con una mezcla precisa de lubricantes sintéticos, litio y diversos aditivos para incrementar la capacidad de carga en condiciones de alta temperatura. El empleo de un dispositivo diseñado a medida que simula en forma precisa las RPMs, la temperatura/ presión, y la química de los fluidos para probar el sello, permitió confirmar su adecuación para las operaciones de perforación en condiciones de alta temperatura. Las pruebas de laboratorio adicionales revelaron que la nueva grasa mantiene una capacidad de carga consistente hasta una temperatura de 500ºF. Esta grasa lubricante demuestra ser superior a la grasa estándar, que experimenta pérdida de viscosidad a 350ºF. Los avances introducidos en los compuestos de sellado y las capacidades de lubricación mejoraron significativamente la confiabilidad de los cojinetes a temperaturas elevadas. Estas nuevas tecnologías se encuentran incorporadas en Kaldera, una nueva línea de barrenas de conos giratorios para aplicaciones geotérmicas.

Las ventajas de Kaldera

La compañía operadora Enel Italy probó recientemente las barrenas RC Kaldera en un pozo geotérmico de producción del campo Larderello con resultados excelentes. Se utilizaron tres barrenas Kaldera de 8½ pulgadas para perforar formaciones graníticas/metamórficas duras y abrasivas con temperaturas promedio oscilantes entre 320ºF y 350ºF y picos de hasta 570ºF. La nueva fórmula de sellado y lubricación generó un impacto positivo en la longitud de las carreras e incrementó las horas de perforación con la barrena en el fondo del pozo 37% respecto de un pozo vecino perforado con una barrena de conos giratorios estándar. La última carrera de la barrena Kaldera estableció un nuevo récord de campo ya que registró 76,5 horas de perforación con la barrena en el fondo del pozo, a la vez que se establecieron altas revoluciones totales de la barrena (300 000 revoluciones). Las tres barrenas exhibieron buenas condiciones de desgaste al ser extraídas del pozo y ocho de los nueve sellos mantuvieron su efectividad. La nueva línea de barrenas de conos giratorios Kaldera mejorará la eficiencia de perforación en las aplicaciones geotérmicas, lo que se traducirá en carreras más largas de las barrenas y en tiempos de maniobra más cortos; esto, a su vez, reducirá los costos de perforación y acelerará la puesta en producción de los pozos.


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