Ampliación de la vida útil de los rodamientos de motor de lodo - SKF

2018 23 de octubre, 10:00 CET

Los cojinetes de los motores de lodo deben diseñarse con cuidado porque deben lidiar con esfuerzos excepcionales y condiciones particularmente duras

Gotemburgo, Suecia, 22 de octubre de 2018: la lubricación de los cojinetes de los motores de lodo presenta desafíos particulares en el sector de exploración de petróleo y gas con fallas en los cojinetes que resultan en costosos tiempos de inactividad. Sin embargo, hay formas de hacer que los cojinetes de los motores sean más confiables, como lo explica Roland Muttenthaler, Gerente de Desarrollo de Negocios Petróleo y Gas de SKF.

Debido a que los costos de la plataforma y la tripulación suman un total de más de 200,000 € por día, incluso la interrupción más breve de la producción puede costar a las compañías de petróleo y gas una cantidad increíble de ingresos perdidos. Esto hace que la confiabilidad sea el factor de éxito crítico número uno en este sector energético clave.

La confiabilidad es el núcleo de cada desarrollo en el petróleo y el gas debido a su vínculo intrínseco con la productividad y, por lo tanto, con la rentabilidad. Y en ninguna parte el impacto en la productividad se siente más agudamente que en el "extremo afilado" de la exploración de petróleo y gas: la sarta de perforación (que esencialmente comprende la tubería de perforación, los collares de perforación, las herramientas y la broca).

El equipo de perforación debe manejar diferentes formaciones geológicas, incluida la roca dura y la arena, por lo que las cargas axiales y de choque son notablemente altas y existen muchos modos de falla posibles, incluida la corrosión intensa y los anillos agrietados.

Los cojinetes del motor de lodo utilizados para la perforación de petróleo y gas deben funcionar de manera confiable en este entorno excepcionalmente exigente. Pero los desafíos no terminan ahí. Además de hacer frente a cargas severas, los rodamientos para aplicaciones de perforación de petróleo y gas deben estar "lubricados" con lodo altamente abrasivo que contenga > 10% de contenido sólido, como arena. Esto inevitablemente aumenta el desgaste abrasivo en los anillos y bolas. Además de esto, los cojinetes del motor de lodo deben lidiar con aditivos químicos agresivos como los cloruros.

La lubricación de los cojinetes del motor de lodo es relativamente sencilla: el lodo se presuriza hasta alrededor de 10,000 psi (690 bar) y se bombea a través de la sarta de perforación de fondo de pozo. Pasa a través del motor, lubrica la pila de cojinetes, luego pasa a través de la broca y empuja hacia afuera de la sarta de perforación, llevando los desechos de perforación hacia la superficie. El lodo y los escombros luego se filtran y filtran en el equipo de perforación antes de ser bombeados hacia el agujero en una operación de circuito cerrado.

Durante muchos años, la broca ha sido el "eslabón débil" en la sarta de perforación en términos de productividad, por lo que el trabajo de desarrollo se ha concentrado en esta área. Como resultado de las mejoras en el desempeño de la broca y la sección de potencia del motor, el "enlace débil" se ha movido hacia el rodamiento. Esto llevó a SKF a aplicar sus amplias capacidades en análisis de fallas, ingeniería de materiales y pruebas y diseño para desarrollar nuevos rodamientos de motor de lodo que permiten un aumento significativo en el tiempo medio entre fallas (consulte el recuadro).

Los desafíos para nosotros como fabricantes incluyen el uso de materiales especiales, como los aceros resistentes al desgaste. Y, aunque está comenzando a recuperarse lentamente, el precio del petróleo crudo ha caído dramáticamente en los últimos años. Esto ocurre en un momento en que el costo de perforar y extraer petróleo sigue siendo alto, por lo que los grandes jugadores están buscando formas de optimizar cada equipo, incluidos los cojinetes del motor de lodo, para maximizar la eficiencia y minimizar los costos operativos.

Un motor de lodo SKF típico contiene entre ocho y 12 filas de rodamientos. Cuando el rodamiento es nuevo, la mayor parte de la carga es tomada por las primeras filas. A medida que cada fila comienza a desgastarse, la carga se desplaza a la siguiente fila y la siguiente hasta que todas las filas se desgastan por igual. Luego, la carga vuelve a la primera fila y el proceso se repite.

Debido a que cada situación es diferente, SKF aplica un conjunto específico de herramientas para personalizar los cojinetes de la pila de lodo para cada proyecto en función de las limitaciones de espacio, las demandas fluctuantes en las operaciones de perforación, la profundidad y la dirección de la perforación y las condiciones geológicas. Estas herramientas incluyen pruebas internas, algunas pruebas de campo y revisión de procesos y parámetros operativos; La caja explica más sobre esto.

Con un aumento previsto en la actividad de perforación mundial en los próximos años, una mayor confiabilidad se traducirá en un tiempo promedio extendido antes del fallo y el mejor desempeño ofrecido por compañías como SKF ofrece una ventaja crítica para los productores de petróleo que buscan obtener una ventaja en este ferozmente competitivo mercado.

CAJA
El proceso de diseño de SKF

Para mejorar el rendimiento y la confiabilidad de los rodamientos en las aplicaciones de exploración de petróleo y gas, los ingenieros de SKF han utilizado las herramientas de simulación y diseño propias de la empresa para:
• Definir con precisión el comportamiento de una pila de rodamientos.
• Rediseñe el rodamiento para minimizar las tensiones y optimizar la capacidad de carga.
• Prueba nuevos diseños y materiales.

El análisis preciso de la carga del rodamiento es imposible en un entorno de trabajo "vivo" porque no se puede acceder al cabezal de perforación durante la operación. Sin embargo, SKF ha construido una plataforma de prueba que simula las condiciones operativas básicas de los componentes de los rodamientos de pilas de lodo para investigar formas de resolver el problema de la falla prematura de los rodamientos. Usando estas plataformas, la compañía ha podido replicar patrones de desgaste y agrietamiento en los anillos de una manera consistente con los modos de falla típicos.

Sin embargo, la metodología de SKF va más allá del análisis de rodamientos, que abarca una revisión de la aplicación total y el entorno operativo. Una competencia única de SKF es su profundo conocimiento del desarrollo de materiales, especialmente el acero.

Un análisis de falla de causa raíz inicial realizado por ingenieros de SKF mostró que la base de acero y los procesos de postproducción tendrían un impacto significativo en la vida útil de los rodamientos.

SKF fabricó un número limitado de rodamientos del nuevo diseño para el banco de pruebas. Además del acero especial para una mejor resistencia al desgaste, los rodamientos cuentan con un complemento completo de bolas para aumentar la capacidad de carga, anillos intercambiables para una distribución de carga optimizada y una geometría interna única para soportar grandes cargas de perforación axial y resistir contaminantes.

Después de los resultados positivos en los equipos de prueba SKF, los rodamientos se pusieron en funcionamiento en un trabajo de campo del cliente. Los rodamientos se evaluaron durante los intervalos de servicio estándar del motor de perforación y se encontró que estaban en una condición utilizable y se devolvieron para recorridos adicionales. A través de los cambios en el diseño de los cojinetes y un procedimiento optimizado de revisión del motor, las horas de funcionamiento se han mejorado en este caso específico en alrededor del 100%.

Las expectativas son que la solución de rodamientos para motores de lodo de SKF funcionará en condiciones de fondo de pozo significativamente más largas que las actuales 50 a 200 horas de servicio de la industria.