Este documento describe los componentes principales de un sistema de perforación rotaria, incluyendo la torre, subestructura, malacate, bloques de corona y aparejo, cable de perforación e indicador de peso. Explica cómo funciona cada componente y provee cálculos para determinar la capacidad del mástil, pluma o torre. El objetivo es familiarizar a los estudiantes con el equipo de perforación y enseñarles a calcular las capacidades y controlar las partes móviles.

1. UNSa. S.R.T. Tartagal 2020
Carrera: Tecnicatura e Ingeniería en Perforaciones.
Cátedra: Perforaciones I
Segundo Cuatrimestre Trabajo Practico Nº 2
RESPONSABLES: Ing. Víctor ABDALA, Tec. Jesús VALENZUELA, Jesús SOSA.
Índice: SISTEMA DE ELEVACIÓN: Descripción de cada uno de los componentes del sistema de
elevación, sensor de peso y medición en la consola del perforador en un equipo de perforación
rotary. Cálculos de potencia Estática. Calculo de potencia Móvil. Manipuleo y mantenimiento.
Cálculos del peso en el aire. Cálculos de peso en el lodo de una columna. Cálculos de capacidad
del mástil.
Introducción: En este trabajo práctico se verá ampliamente el sistema de elevación y el sensor
de peso y su lectura en la consola del perforador. Se realizaran cálculos reales de las capacidades
de mástiles, plumas y torres, como así también de las partes móviles que los componen.
Objetivos Generales: Familiarizar al alumno con el equipo y sus componentes básicos. Adiestrar
al alumno en el cálculo de la capacidad del mástil, pluma o torre seleccionada y en el control
exacto de sus partes móviles.
Objetivos Específicos: Que el alumno adquiera la habilidad de diferenciar entre la función de los
diferentes componentes e interpretación de la lectura del indicador de peso. Sea capaz de calcular
eficientemente las capacidades del mástil, pluma o torre y sepa decidir cuando cambiar partes
constitutivas de los equipos de perforación de un pozo. Domine el lenguaje y las unidades que se
emplea en la perforación.

2. Marco Teórico: La solvencia en el conocimiento del funcionamiento de los distintos componentes
de un equipo de perforación hace de un futuro técnico o ingeniero una persona idónea y
responsable en la toma de decisiones en el quehacer diario de la perforación de un pozo. Es
objetivo vital en esta unidad que el alumno realice con solvencia los cálculos necesarios para
determinar las capacidades del mástil, pluma o torres que son los pilares fundamentales del
trabajo de la perforación de un pozo.
Desarrollo
Conceptos Teóricos
SISTEMA DE ELEVACION
El sistema de elevación está compuesto por un conjunto de poleas fijas (corona) y móviles
(aparejo) vinculadas por un cable, uno de los extremos va enrollado en el malacate y el otro
va a un punto fijo en la subestructura; este sistema permite el movimiento vertical libre del
aparejo dentro de la torre. La función del mismo es soportar la carga que está en la torre
mientras se perfora o se saca o mete la tubería del pozo ya sea B/S o cañería de
perforación. Este conjunto de poleas nos sirve para multiplicar las fuerzas
1.-El sistema de elevación está formado por:
 Torre, mástil o pluma
 Subestructura (substructure)
 Malacate (drawworks)
 Bloque de corona (crown block)
 Bloque de aparejo y gancho (traveling block and hook)
 Cable de perforation (drilling line)

4. TORRE.-Es la estructura o cuerpo del equipo que debe soportar todo el peso de la columna
de perforación´ existen 2 tipos bien definidos:
1. Torres fijas o convencionales
2. Torres portátiles
1. Torres fijas convencionales.-Tiene forma de una pirámide truncada se montan en
posición vertical, con ayuda de una grúa. Está constituida por paños vinculados por bulones,
puede ir directamente al piso o sobre una subestructura dependiendo de la marca, el montaje
es muy engorroso y prolongado siendo esta la razón por La que fue reemplazada por las
portátiles, en los equipos marinos (off shore) son muy empleadas.
2. Torres portátiles.-La diferencia fundamental entre las torres fijas y las portátiles es que
las torres portátiles pueden ser desmontadas enteras sin ser desarmadas o bien
desmontadas parcialmente en grandes segmentos, y son armadas en posición horizontal y
luego izadas. La maniobra de montaje de estas torres es simple y rápida siendo necesario
para su izaje solamente el propio cuadro de maniobras.
CLASIFICACION.- Existen dos tipos que se distinguen fundamentalmente unas de otras:
PLUMA.-Es aquella que se puede trasladar completa sin desarmarla van montadas sobre
un chasis y son auto transportables las plumas tienen forma de prisma rectangular con
una cara abierta se construyen telescópicas está formado por dos otras tramos retractiles
uno dentro del otro y puede ser izada por un sistema de cables o unos pistones grandes
MASTIL.- Es el otro tipo torre que se desarma parcialmente que va unido mediante pines lo
que facilita su montaje y desmontaje. Se montan en posición horizontal y son izadas
mediante pistones o un sistema de aparejo. Algunas marcas de mástiles tenemos DRECO
INC, EMSCO DERRICK, PYRAMID MANUFACTURING COMPANY, WOOLSLAYER
COMPANY INC.

5. Bloque de corona (crown block).-Se encuentra ubicada en el ápice de la torre y está
formada por una serie de poleas por lo que algunos la llaman bloque de corona, las poleas
de la corona y el aparejo usualmente se ven más pequeñas de lo que son realmente porque
son vistos de lejos, las poleas alrededor del cual se enhebra el cable miden 5” (1.5 m.) o
más de diámetro y los pasadores o ejes sobre los cuales giran pueden medir 1 pie (31 cm).
El número de poleas siempre es uno más de lo que necesita el bloque de aparejo, por
ejemplo un cable de 10 líneas requiere 6 poleas en el bloque de corona y 5 en el bloque de
aparejo la polea adicional se necesita para enhebrar la línea muerta, además está la polea
guía.
SUBESTRUCTURA.- La torre descansa sobre una base firme llamada subestructura en ella
están ubicados la casilla del perforador, el malacate la mesa rotary, todas las herramientas
que sirven para realizar maniobras de perforación, también soporta toda la tubería de
perforación cuando la herramienta está afuera debajo de la subestructura esta las BOP que
son válvulas que permiten controlar las altas presiones de gas.

6. BLOQUE DE APAREJO y GANCHO (traveling block and hook). Llamado también Motón
de aparejo, está formado por poleas por las cuales pasa el cable de perforación estas
poleas van montadas sobre unos cojinetes de rodillo, junto al aparejo va colocado el gancho
o motón o muñeco que es un amortiguador, la función de motón o muñeco es evitar que el
esfuerzo de tracción originado por la columna se transmita violentamente al cable del
equipo. En la parte inferior del muñeco tiene forjado un gancho con una tapa de abertura
manual y cierre automático que sirve para colgar la cabeza de inyección o top drive a los
costados del gancho tiene unas orejas u ojales donde se colocan las melas.
Las marcas más comunes de Traveling block and hook son National, oilwell, Varco(NOV),
Emsco. BJ, Ideco, McKISSICK.

7. MALACATE (drawworks).- Conocido a veces como cuadro de maniobras, es una pieza del
equipo grande y pesada que consiste en un tambor que gira sobre un eje alrededor del cual
un cable de acero llamado cable de perforación va enrollado, varios ejes, embragues y
transmisiones facilitan los cambios de dirección y velocidad
La función del malacate es sacar y meter la tubería
Una de las características sobresalientes del malacate es el sistema de frenos que hace
posible que un perforador controle fácilmente cargas de miles de libras de b/s o
revestimiento, la mayoría de las instalaciones tiene por lo menos 2 sistemas de frenos , uno
mecánico que puede parar la carga inmediata mente y el otro generalmente hidromático o
electromagnético controla la velocidad de descenso de una carga el bloque pero no para
el descenso completamente, el más usado en adición al freno mecánico es el
ELECTROMAGNETICO. Las marcas más comunes de drawworks son National, Ideco, NOV,
Canrig
El diámetro mínimo del malacate es 20 veces el diámetro del cable la longitud de carretel de
malacate deberá estar en función de una lingada (tiro) de dril pipe de tal manera que se
maneje sin que la línea enrollada en el carretel sea mayor a tres camas. Si existen más de 3
camas ocurrirá una abrasión sobre el cable. La longitud del tambor del malacate puede ser
obtenida con la siguiente formula.

8. CABLE DE PERFORACIÓN (drilling line).- El cable de perforación es una red intrincada de
alambres de acero enrollados helicoidalmente alrededor de un núcleo de tolerancias
estrechas y de gran precisión, donde cada parte tiene su función y deberá trabajar en
relación perfecta con la otra parte.
En un equipo moderno de perforación rotatoria, la línea de perforación o cable es
probablemente el ítem del equipo que menos se atiende. La incomprensión empieza cuando
no se reconoce que la línea de perforación es una maquina: es un conjunto de partes de
gran precisión; cada parte puede moverse en forma independiente por lo que requiere mucho
cuidado.
La línea de perforación y cable son términos intercambiables. El cable es una red intrincada
de alambres de acero de tolerancias estrechas y gran precisión, en donde cada una de las
partes tiene su función. Cada parte deberá trabajar en relación perfecta con la otra parte,
para que el cable funcione bien.
Las cuadrillas de perforación y todos los niveles de supervisión deberán tener siempre
presente los siguientes conceptos básicos:
 Elegir el tamaño y tipo apropiados para cumplir con los requisitos previstos.
 Tratar la línea con cuidado para evitar perjuicios.
 Calcular el servicio obtenido en toneladas millas.
 Disponer un programa de cortes que convenga a la situación y condiciones de
trabajo y cumplirlo cuidadosamente
NOMENCLATURA DEL CABLE
El cable está compuesto por tres partes: el NÚCLEO, la HEBRA, y el ALAMBRE. Es
importante familiarizarse con cada una de las partes.
Al cable se lo identifica y se lo describe por medio de números y de abreviaturas. Es
importante entender estos nombres y relacionarlos con los cables que se especifican en la
industria.
EJEMPLO DE DESCRIPCIÓN:
1” x 5000 x 6 x 19 S PRF RRL IPS IWRC
Diámetro de línea
Longitud de la línea
Numero de hebras por línea
Núcleo independiente del
cable
Acero de rejas mejoradas
Trenzado regular derecho
Hebras preformadas
Dispositivo Séale

9. Esto quiere decir: cable de 1” de diámetro, de 5000 pies de longitud de 6 hebras con
19 alambres por hebra, trenzado en dispositivo Séale. Las hebras son preformadas
(forma helicoidal) antes de trenzarlas según dispositivo Right Regular (regular a la
derecha). La calidad del cable es de acero mejorado. Con núcleo independiente
Conceptos Básicos.-
Peso sobre el trepano W.O.B (weight on bit). Es el peso que se le aplica al trepano
para que realice la perforación, la cantidad de peso disponible sobre el trepano va a
depender de la cantidad de portamechas (drill collar) que se tenga por encima del
mismo.
Trozo(single) .- consiste en una sola barra.
Tiro(stand,parada,lingada).- consiste en 2 o 3 barras de sondeo(drill pipe), ,barras
extrapesadas(heavy weight) o portamechas(drill collar) unidos y apoyadas en la torre.
Líneas viajeras y línea muerta

10. INDICADOR DE PESO.- los indicadores de peso son hidráulicos y usan un sensor montado
en un ancla o punto muerto, que transmite una señal de presión cuando varía la tensión de la
línea del aparejo a través de una manguera hidráulica que convierte la señal en una lectura
en el medidor. El Indicador viene con dos agujas y dos escalas circulares paralelas, la
escala interna indica la carga total de gancho y una escala externa para mostrar el peso
sobre el trepano. En la parte inferior tienen 2 válvulas que controlan la amortiguación de las
agujas indicadoras de peso total del gancho y peso del trepano. El dial es de 16” y es fácil
de leer.
El indicador de peso (Weight Indicator) o mejor conocido en el léxico de los trabajadores del
petróleo como Martin Decker (Martin-Decker es el nombre de la empresa fabricante) es uno
de los instrumentos que utiliza el perforador para monitorear y controlar la operación de
perforación.

11. La medición real del peso se realiza con un medidor hidráulico adosado a la línea muerta del
cable de perforación. A medida que se incrementa la tensión en el cable de perforación, más
fluido hidráulico es forzado a atravesar dicho instrumento, haciendo girar las manecillas del
indicador. Lo que se pesa es todo lo que ejerce tensión sobre el cable metálico, incluidos el
bloque viajero y el cable propiamente dicho. Por consiguiente, para obtener una medición
exacta del peso de la sarta de perforación, el perforador debe realizar primero un ajuste de
desviación de cero para dar cuenta del peso del bloque viajero y del peso de los elementos
ajenos a la sarta de perforación. Luego, el peso indicado representará al peso de la sarta de
perforación (peso de la columna de perforación + el peso del arreglo de fondo de pozo,
“BHA“).
Entonces los equipos de perforación están provistos de un indicador de peso que cuenta con
una segunda manecilla de medición que puede ser ajustada a cero (“llevada a cero“) con la
sarta de perforación colgando libremente, y que opera en forma inversa respecto de la
manecilla de medición principal. Después del ajuste correcto a cero, el efecto que produce
cualquier peso que se coloca en el fondo, es el de agregar peso a esta manecilla de
medición secundaria, de modo que el perforador puede leer directamente el peso que está
siendo aplicado sobre la barrena o trepano.

12. Conceptos Prácticos
La capacidad de los mástiles los podemos clasificar de la siguiente manera:
a) Capacidad Bruta o nominal GOSS CAPACITY, es la capacidad nominal máxima del mástil en miles
o millones de libras.
b) Capacidad estática en el Gancho o MAXIMUM HOOK LOAD CAPACITY, es la capacidad
ESTATICA máxima que puede someterse el mástil por carga en el gancho y esta depende del número
de líneas ya que según el número de líneas hay diferencia de cargas en la corona y en la línea muerta
y en la línea rápida.
c) Capacidad en la línea rápida o MAXIMUM FAST LINE CAPACITY
d) Máxima capacidad en el gancho o DINAMIC MHLC.
M H L C = GC x ( n / n + 4 ) siendo n el número de líneas viajeras
M F L C = TLR = HL / n en condiciones estáticas
M F L C = TLR = HL / n x nrew en condiciones dinámicas

13. N° de Líneas
Factor de
Fricción
4 6 8 10 12
K = 1,09 Plain
bearing 0 ,810 0,748 0,692 0,642 0,597
K = 1.04 Roller
bearing
0,907 0,874 0,842 0,811 0,782
nrew = Factor de rebobinado que deriva del número de líneas o poleas y del tipo de rulemanes
nrew = Kn
– 1 / n x (K – 1) x Kn

14. FACTOR DE DISEÑO Y DE SEGURIDAD DEL CABLE
Cuando se hace trabajar un cable cerca de su factor de diseño mínimo hay que tener
cuidado de que el cable y del equipo relacionado con él estén en buenas condiciones de
funcionamiento. Hay que tener cuidado especial en minimizar golpes, impactos
aceleraciones bruscas o desaceleraciones bruscas de las cargas.
El factor de diseño se determina de acuerdo con la siguiente fórmula:
Fd = RC x NLV x Efp
W
RC: resistencia a la ruptura = D2
x 100000lb.
NLV: numero de líneas viajeras.
W: carga de la línea rápida en libras.
Efp: eficiencia de las poleas en decimales.
Según la operación de campo deben tenerse por mínimos a los siguientes factores de
diseño y seguridad del cable:
Fs = Tensión de rotura del cable / Tensión en la línea rápida
 Línea de herramienta de cable (Fd) 3
 Línea de cuchareo (Fd) 3
 Línea de perforación (Fd) 3
 Línea de entubar (Fd) 2
 Cañerías aprisionadas u operaciones similares (Fd) 3
 Línea de subida y bajada de mástil (Fd) 2.5

15. POTENCIA EN EL GANCHO
La potencia en el gancho = Peso en el gancho x velocidad en el Gancho
PH(HP) = (peso(kg) x Vel (m / seg))/ 76
PH(HP) = (peso(lb) x Vel (ft / seg))/ 550
POTENCIA EN EL MALACATE
La potencia en el malacate depende de la TLR y de la VLR siendo la forma de calcular
dichos factores el uso de las siguientes formulas:
Pdw = TLR x VLR
TLR = Tancla / nrew
TLR: Tensión de la línea rápida en libras.
VLR: velocidad de la línea rápida en ft/min. = Vel aparejo x n
Pdw = (Tancla / nrew) x Vel aparejo x n
Pdw(HP) = (Peso(Kg) x Vel (m/s))/76 x nrew .

16. MASTILES CALCULOS DE CAPACIDAD
Un mástil es tan fuerte como su pata más débil
Problema de aplicación:
Con los siguientes datos resuelva todas las posibilidades que se puedan dar en el pozo
de acuerdo a sus cálculos:
Mástil de tiro triple cuyo MGC es de 550.000 lbs.
El cables es de 6 x 19 – XIPS – 1 1/8” (51,300Kg)
10 líneas
Fs. Perforando es = 3
Fs. Entubando es = 2
Máxima potencia de los motores es de 1000 HP
El rendimiento mecánico de la transmisión es de 0,9.
La velocidad solicitada al gancho es de 27 m/min o 1,48 ft/ seg.
Calcular;
a) MHLC
b) TLR estática.
c) TLR dinámica.
d) Ph(HP)
e) Pdw(HP)
CARGA EN LA CORONA
En los mástiles, la carga en la corona es mayor que el peso en el gancho que esta
izando, por un tema de geometría del sistema de corona y aparejo.
Esto provoca también, cargas distintas en las patas de la torre.
1) Cual será la capacidad del mástil si la carga a levantar es de 200000lb efectivas con
a) 6 líneas, b) 4 líneas, c) 8 líneas y d) 10 líneas.
2) Calcular la carga de línea rápida y el factor de diseño con los siguientes datos:
Carga: 700.000 libras
Disposición de 6 roldanas o poleas.
Coeficiente de fricción: 1.04
Línea de perforación EIPS 1 ½” con resistencia nominal de 228.000Lb.
3) Determinar el trabajo (kg.m) y la potencia (HP) realizado por un malacate cuyo motón
del aparejo tiene a) una polea, b) dos poleas y c) 3 poleas. En cada uno de los casos
calcule la fuerza que debe emplear el malacate. Analice todos los resultados y realice un
comentario final.
4) Calcular la potencia en HP de un malacate requerida por el gancho para levantar un
peso efectivo de 200000lb a una velocidad (Vg) de 27,42mt/min. a) 100% de Ef. b) 80%
de Ef.
5) Determinar la seguridad operacional que se tendrá al utilizar un equipo de 8 líneas que
funciona con un cable de 1 1/8” iwrc 6 x 19 y una carga de 100tn y según calculo su Efp
= 0,842.
6) Cual deberá ser la longitud (Lc) y el diámetro (dc) del carretel del malacate para un
equipo que opera con 5 líneas donde la longitud de la linga parada es de 59ft. Y el
diámetro (Dc) del cable es de 1,125”
7) Con el malacate del problema anterior se extrae 200000lb de peso efectivo a una
velocidad de 1,5ft/seg. Por tiro. Calcular la velocidad del malacate.

17. CAPACIDADES DE MASTILES
GROSS CAPACITY:(Capacidad Bruta o NOMINAL)
MAXIMUM HOOK LOAD CAPACITY :(Capacidad Estática en el gancho)
MAXIMUM FAST LINE CAPACITY:(Capacidad en la línea rápida)
DYNAMIC MHLC:(Máxima Capacidad Dinámica en el gancho)
Es la capacidad nominal máxima del mástil, en miles o millones de libras.
Esta capacidad está dada por el fabricante y debe estar indicada en la chapa
del mástil asegurada por el sello API del fabricante del mástil.
Si no hay chapa de especificaciones, o documentada la capacidad por el nº de
serie, el mástil debería ser RECERTIFICADO por un estudio de ingeniería con
sello API
Es la capacidad ESTATICA máxima a que puede someterse el mástil por carga en el gancho.
Es independiente del diámetro del cable (no confundirse)
Depende del número de líneas: Según el Nº de líneas, hay diferencia de cargas en la corona
y en la línea rápida y muerta , y por tanto es distinta la carga que se transmita a las patas
del mástil.
MAX. HOOK LOAD CAP. (Máxima carga
ESTATICA en el gancho)
Se calcula con la fórmula siguiente:
MHLC = GC x ( n )
n + 4
Siendo n = número de líneas

18. Hay dos condiciones posibles:
a) En condiciones estáticas
b) En condiciones dinámicas
En condiciones estáticas, la tensión en la línea rápida es igual a la de la línea
muerta:
TLR = HL = (carga en el gancho)
n (número de líneas)
En condiciones dinámicas, la tensión en la línea rápida es:
TLR = HL = (carga en el gancho)
n x η rew (numero de líneas) x fact. Reb.
η rew = Factor de rebobinado, que deriva del numero de líneas o poleas y del tipo de
rodamiento – es el incremento de carga en la rápida por rozamiento.
ηrew = Kn – 1 / n x (k-1) x kn
n = numero de poleas de corona
K = factor de fricción
PH POTENCIA EN EL GANCHO:
PH = peso gancho x velocidad gancho
PH (HP) = Peso (kg) x Vel (m/s)
76
PH (HP) = Peso (lbs) x Vel (ft/s)
550

19. POTENCIA EN EL MALACATE:
Pdw = TLR x Vel LR
TLR = T ancla y Vel LR = Vel aparejo. x NLV
nηrew
Pdw = T ancla x Vel ap. x NLV
ηrew
Pdw (HP) = Peso (kg) x Vel (m/s)
76 x ηrew

20. La carga en la corona es la suma de las tensiones en todos los cables.
Estáticamente sería:
Carga en corona = Peso x (n+2)
n
ya que hay que sumar la linea del muerto y la rápida.
Para 6 líneas = Peso x 8 = 1.33 P
6
Según sea el numero de líneas, esta carga varía:
Cargas en las coronas según Nº de líneas:
Número
4 6 8 10
de líneas
+ %
Peso del
gancho
1.20 1.25 1.33
(33%) (25%) (20%)
1.5
(50%)