5.BARRENAS

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5. BARRENAS



5. Barrenas 5.1 Selección de una barrenapara perforar

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5.1 SELECCIÓN DE UNA BARRENA PARA PERFORAR

Como ya se ha visto en el capítulo de barrenas, del manual para Ayudante de PisoRotaria, los diferentes tipos de barrenas, En este caso, expondremos lascaracterísticas principales de cada una, para obtener un mejor entendimiento de laselección de la barrena y su evaluación de desgaste. De acuerdo a suscaracterísticas, las barrenas se clasifican en:

Conos con dientes fresados o de insertos de carburo detungsteno (tricónicas), ver fig. 5.1 y 5.2.

Estructura de corte Cortadores fijos o barrenas compacta de diamantespolicristalinas (PDC) ver. fig. 5.3 y 5.4.

Figura 5.1 Barrenas Tricónicas con dientes fresados

Cresta del diente

Clave detratamiento térmico

Valle deldiente

Cono no.2

Superficiede calibre

Lado exteriordel diente

Punta delanza

Flanco delantero

Flanco posterior

Número clavede material

Ranura delcortador

Interrupción

Remoción

Capa exteriordel cortador

Nariz delcortador

Número depieza del cortador

Tercerafila

Segundafila

Primerafila

Cono no. 3

Lado interiordel diente

Cono no.1(con puntade lanza)




56

Figura 5.2 Barrena tricónica de insertos de carburo de tungsteno




57

Barrenas con cuerpo de acero

Figura 5.3 Barrena de Cortadores fijos (PDC)




58

Barrenas de PDC con cuerpo de matriz

Figura 5.4 Barrena de cortadores fijos (PDC)




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Tipo de rodamiento o Rodillos y balines (fig. 5.5) Estándar y autolubricadas.Cojinetes.- Permiten

a los conos girar Chumacera o de fricción (fig. 5.6) Autolubricadas o dealrededor del cuerpo de baleros sellados.la barrena

Figura 5.5 Barrena tricónica de rodillos y balines-Autolubricada (Baleros sellados)




60

Figura 5.6 Barrenas tricónicas de chumacera

Criterios para selección de barrenas.

A continuación se mencionan algunos criterios para la selección de una barrenapara perforar:

• Rendimiento.• Tipo de pozo: vertical o direccional.• Análisis histórico.• Fluido de perforación.• Énfasis en los costos.• Limitaciones de peso sobre barrena.• Pozos profundos.• Aplicaciones con motores de fondo.• Litología ó tipo de roca.• Pozos de diámetro reducido.




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Considerando la litología o tipo de roca, se tiene en la siguiente tabla, unaguía para seleccionar una barrena PDC (Hycalog) para perforar. En función de la

compañía prestadora de servicio y el tipo de barrena, tendremos una tabla similar.

Tabla 5.1 Guía para seleccionar barrenas de perforación de PDC

TIPO DEBARRENA

DS34H

DS39H

DS40H

DS46H

DS47H

DS49H

DS53H

DS56H

DS59H

DS61H

DS65H

DS66H

DS70H

DS71H

DS74H

DS76H

DS77HDureza de laFormación

Relación de Penenetración de Ba-rrenas de Rodillos

Claves IADC pa-ra Barrenas deRodillos

DUREZA DE LA FORMACIÓN

MUYBLANDA BLANDA SEMIBLANDA MEDIANA SEMIDURA DURA

MUYBLANDA

BLANDA SEMIBLANDA MEDIANA SEMIDURA DURA

50 + 50 - 30 30 - 15 15 - 8 8 - 5 5 - 3

114/124 116/437 126/517 517/527 537/617 627/637

Disponible en estilono híbrido

Cortadores de19 mm

Cortadores de mm

Cortadores de 8mmCalibre protegidocon diam. NatCalibre protegidocon diamantes nat.

Disponible enestilo no HibridoAletas achaf+lanadasaCuerpo deMatrizDisponible conOpción con re-cubrimientoDisponible conopción condiamondback TM

*R=Rotación M=Motor T=Turbina

DS34H

DS39H

DS40H

DS46H

DS47H

DS49H

DS53H

DS56H

DS59H

DS61H

DS65H

DS66H

DS70H

DS71H

DS74H

DS76H

DS77H

ABRASIVIDAD DE LAFORMACIÓN

BAJA MEDIANA ALTA

ESCALADE RPM*

R/M/T

R/M

R/M

R/M

R/M/T

R/M/T

R/M

R/M

R/M/T

R/M

R/M

R/M

R/M

R/M

R/M

R/M

R/M

DISTITIVOS DELA BARRENA

(Ver claves abajo)

1

1

1

2

2

5

5

53

53 6

53 6

2 3 5

3 5 6

3 5 6

2 5 7

3 5 6

1 53

1 32

1 54

4 65

531

32 5

7 8 11

7 9 11

1 2 5 7 10 11

7 8 10 11

7 9 11

7 9 11

7 8 10 11

7 9 11

7 9 11

8 10 11

7 9 11

6 7 9 11

5 10 11

6 7 9 11

7 11

7 8 10 11

6 7 9 11

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

TIPODEBARRE-NA

10




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Continuación tabla 5.1

Identificación de la barrena seleccionada con el código IADC

Cada compañía tiene sus propios diseños de barrenas tricónicas y dediamantes, con las características específicas, del fabricante, de acuerdo con uncódigo de estandarización emitido por la Asociación Internacional de Contratistasde Perforación (IADC).

A continuación se muestran nuevamente la clasificación de las barrenas(Tema visto en el Manual de Ayudante de Piso Rotaria) de acuerdo a la IADC, conla finalidad de verificar las características de la barrena para perforar.

TIPO DEBARRENA

DS26

DS30

DS34

DS35

DS37

DS39

DS40

DS66

DS67

DS70

Dureza de laFormación

Reg. De Pentr.,Barrenas de co-nos de Rodillos

Claves IADC, Ba-rrenas de conosde Rodillos

DUREZA DE LA FORMACIÓNMUYBLANDA BL ANDA SEMIBLANDA MEDIANA SEMIDURA DURA

MUYBLANDA BLANDA SEMIBLANDA MEDIANA SEMIDURA DURA

50 + 50 - 30 30 - 15 15 - 8 8 - 5 5 - 3

114/124 116/437 126/517 517/527 537/617 527/637

Disponible tambiénen estilo H

íbrido

Cortadores de PCDde 19mmCortadores de PCDde 13 mmCortadores de PCDde 24mmCalibre protegidocon diamantes nat.

Disponible con calibreextendido

Boquillas Intercambiables

Flujo Reflex/radial

Cuerpo de Matriz

Disponible: Opción derevestimiento

TIPO DE

BARRE-NA

ABRASIVIDAD DE LAFORMACIÓN

BAJA MEDIANA ALTA ESCALADE RPM*

R/M/T

R/M

R/M

R/M

R/M

R/M

R/M

R/M

R/M

R/M

R/M

DISTITIVOS DE

LA BARRENA(Ver claves abajo)

3 75

1

5

6

5

3 5

1 54

3

1 5

5

5

32

7

7

6 7 9

9

6 7

5

7

9

7 10

7

7

DS23

DS26

DS30

DS34

DS35

DS37

DS39

DS40

DS66

DS67

DS70

DS233 5 10

1 2 10

7 8

3 9

1 2

1 3

2 6 9

1 10

1

2

3

4

5

67

8

9

10




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Tabla 5.2 Código IADC (tres dígitos) para clasificación de barrenas tricónicas

1 dígito 2 dígito 3er dígitoSistema de RodamientoSistema de corte Dureza1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 Suave2 Medio suave3 Medio dura

1 Dientes de acero paraformación blanda

4 Dura1 Suave2 Medio suave3 Medio dura

2 Dientes de acero paraformación media


Dientes de acero

3 Dientes de acero paraformación dura

4 Dura1 Suave

2 Medio suave3 Medio dura

4 Dientes de inserto para

formación muy blanda


5 Dientes de inserto paraformación blanda

4 Dura1 Suave6 Dientes de inserto para

formación media

1 Suave2 Medio suave3 Medio dura

7 Dientes de inserto paraformación dura

4 Dura1 Suave

2 Medio suave3 Medio dura

Dientes de inserto

8 Dientes de inserto para

formación extra dura

4 Dura

T o b e r a s p a r a l o d o y b a l e r o s e s t á n d a r

T o b e r a s a i r e / l o d o y b a l e r o e s t á n d a r

P r o t e c c i ó n a l c a l i b r e y b a l e

r o e s t á n d a r

B a l e r o s e l l a d o y

A u t o l u b r i c a b l e

B a l e r o s e l l a d o y

P r o t e c c i ó n a l c a l i b r e

C h u m a c e r a S e l l a

d a

C h u m a c e r a s e l l a d a y p r o t e c c i ó n a l c a l i b r e

P a r a p e r f o r a c i ó n d i r e c c i o n a l

o t r o s




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Tabla 5.3 Código IADC, para identificación de barrenas de diamante.

1er CARACTER 2do CARACTER 3er CARACTER 4to CARÁCTER

PERFIL DELCUERPO

DISEÑOHIDRAULICO

TAMAÑO Y DENSIDAD DECORTADORES

ALTURA DELCONO

TIPO DEORIFICIO

T A M A Ñ O

DENSIDAD

T I P O D

E

C O R T A D O R

M A T E R I A L

D E L C U E R P O

A L T U R A D E L F L A

N C O

ALTA MEDIA BAJA

D I S T R I B U C I O N

D E C O R

T A D O R E S

T U B E R A S

O R I F I C I O F

I J O

S A L I D A A B I E R T A

ALTA

MEDIA BAJA

DIAMANTE

NATURAL

MATRIZ ALTO 1 2 3EN

ALETAS 1 2 3 GRANDE 1 2 3

MPDC MATRIZ MEDI

A4 5 6

ENCOSTI -LLAS

4 5 6 MEDIANO 4 5 6

PDC ACERO BAJO 7 8 9 NOAGRU -PADOS

7 8 9 PEQUEÑO 7 8 9

TSP MATRIZ O = DE DOBLE CENTROO ASIMETRICO

R = FLUJO RADIAL

X = FLUJO CRUZADO

O = OTRO

O = IMPREGNADO



5. Barrenas 5.2 Evaluación del desgaste de la barrena

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5.2 EVALUACIONES DEL DESGASTE DE LA BARRENA

El análisis y evaluación de cada barrena gastada puede ser de mucha utilidadpara decidir el tipo de barrena a utilizar, o en su caso modificar sus condiciones deoperación. Quien aprenda a interpretar y cuantificar el desgaste de cada barrenaestará muy cerca de obtener el máximo rendimiento de cada una de ellas.

La información que se obtiene al evaluar el desgaste de las barrenaspuede ser muy significativa. Este valor fue reconocido por la AsociaciónInternacional del Contratistas de Perforación (IADC) hace algunos años, cuandose estableció un sistema mundial para la evaluación de desgaste de las barrenasde conos. Este sistema de evaluación del desgaste no pudo ser aplicado para lasbarrenas de cortadores fijos y se tuvo que establecer un nuevo sistema. El sistemade evaluación de desgaste para cortadores fijos fue desarrollado por el Subcomitéde Barrenas de Perforación de la IADC en 1987, y revisado en 1991.

Las tablas de evaluación de desgaste adoptada por la IADC incluye todoslos códigos necesario para analizar el desgaste tanto de barrenas de conos comode barrenas de cortadores fijos. En el manual para ayudante de piso rotaria setiene la evaluación del desgaste de una barrena tricónica, complementamos lainformación con la siguiente tabla de evaluación de desgaste de una barrena PDC




66




67

Tabla 5.4 Clasificación de desgaste de barrenas PDC de la IADC

ESTRUCTURA CORTADORA B G OBSERVACIONESHILERAS

INTE-RIORES

HILERASEXTE-

RIORES

CARACT.DELDES-

GASTE

LOCALI-ZACIÓN

COJINETES/SELLOS CALIBRE1/16”

OTRASCARAC-TERIS-TICAS

RAZONPARA

SACARLA MECHA

DESGASTE DELOS CORTADORES

0 – DESGASTE NULO

8 – ESTRUCTURACORTADORA INUTIL

CARACTERÍSTICAS DELEMBOTAMIENTO

*BC = CONO ROTOBF = FALLA DE PEGABT = DIENTES/CORTADORES ROTOSBU = EMBOLLAMIENTO*CC = CONO AGRIETADO*CD = CONO ARRASTRADO

*CI = INTERFERENCIA DE CONOCR = NUCLEO ATORADOCT = CORTADORES ASTILLADOSER = EROSION*FC = DESGASTE PLANO DE LA CRESAPHC= DA NO TERMICOJD = DANO POR ABROJOS (RIPIO)*LC = PERDIDA DE CONOLN = PERDIDA DE BOQUILLALT = PERDIDA DE CORTADORESNR = NO SE PUEDE USAR MASOC = DESGASTE EXCENTRICOPB = MECHA PINCHADAPN = TAPONAMIENTO, BOQUILLA/

CONDUCTO DE FLUJORG = CALIBRE REDONDEADORO = SIN ANILLORR = SE PUEDE USAR OTRA VEZ*SD = DAÑO DEL FALDON

*SS = DESGASTE DE CORTADORESAUTOAFILABLES

*TR = RASTREOWO= LAVADO DE LA MECHAWT= DIENTES/CORTADORES

DESGASTADOSNO = NINGUNA OTRA CARACTERÍSTI-

CA PRINCIPAL DE EMBOTAM.

* Claves de Barrenas de conos derodillos.

UBICACIÓN DEL DESGASTEC = CONON = TROMPA (HILERA)T = FLANCO

S = HOMBROG = CALIBREA = TODAS LAS AREAS/HILERASM = HILERA DEL MEDIO H = HILERA DEL TALON

DESGASTE DE LOS COJINETES

COJINETES NO SELLADOS

O = INTACTOS

8 = TOTALMENTE DESGASTADOS

COJINETES SELLADOS

E = SELLOS EFECTIVOS

F = FALLA DE LOS SELLOS

X = BARRENA DIAMANTE/PDC

DESGASTE DE CALIBRE

I = CALIBRE PLENO

1/16” = 1/16” DE DESGASTE

2/16” = 2/16” DE DESGASTE

RAZON PARA SACAR LA BARRENABHA=CAMBIO DEL CONJUNTO DEL FONDODMF=FALLA DE MOTOR POZO ABAJODSF=FALLA DE LA SARTA DE

PERFORACIÓNDST=PRUEBA DE PRODUCCIÓN CON LA

SARTA DE PERFORACIÓNDTF=FALLA DE HERRAMIENTA POZO ABAJOLOG=TOMA DE REGISTROS (PERFILAJES)RIG=REPARACIÓN DEL EQUIPO DE

PERFORACIÓNCM =ACONDICIONAMIENTO DE LODOCP =PUNTO DE EXTRACCION DE NUCLEODP =TAPON DE LA SARTA DE

PERFORACIÓNFM= CAMBIO DE FORMACIÓNHP= PROBLEMAS EN EL POZOHR= HORASPP= PRESIÓN DE BOMBEOPR= REGIMEN DE PENETRACIÓNTD= PROFUNDIDAD TOTAL/PUNTO DE

INSTALACIÓN DE TUBERÍA DEREVESTIMIENTO

TW= TORSIÓNTW= RETORCEDURAWC= CONDICIONES ATMOSFÉRICASWO= LAVADO DE LA SARTA DE

PERFORACIÓN



5. Barrenas 5.3 Factores que afectan a la velocidadde penetración

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5.3 FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE PENETRACIÓN

FACTORES MECÁNICOS CARACTERÍSTICAS DE LAFORMACIÓN

* TIPO DE BARRENA.

* CONDICIONES DE OPERACIÓN(PSB Y r.p.m.).

* DUREZA.* RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN.* ESTADO DE ESFUERZOS.* PERMEABILIDAD Y POROSIDAD.* TEMPERATURA.* CONTENIDO DE FLUIDO.* PRESIÓN DE FORMACIÓN.

VARIABLES DE PERFORACIÓN

ALTERABLES INALTERABLES

* FLUIDO DE PERFORACIÓN:

DENSIDAD, EMULSIÓN, CONTENIDODE SÓLIDOS, TENSIÓN SUPERFICIAL(MOJABILIDAD), RELOGÍA Y FILTRADO

* HIDRÁULICA: PRESIÓN DE BOMBEO,VELOCIDAD ANULAR, VELOCIDAD ENLAS TOBERAS, H.P./PULG2, GASTO,IMPACTO HIDRÁULICO.

* FACTORES MECANICOS: TIPO DEBARRENA Y CONDICIONES DEOPERACIÓN.

CARACTERÍSTICAS DE LAFORMACIÓN: RESISTENCIA A LACOMPRESIÓN, DUREZA OABRASIVIDAD, ESTADO DEESFUERZOS, PERMEABILIDAD Y

POROSIDAD, CONTENIDO DEFLUIDOS Y PRESIÓN DE PORO(PRESIÓN DIFERENCIAL),TEMPERATURA.



5. Barrenas 5.4 Costo por metro

69

5.4 COSTO POR METRO

Podemos decir que el costo por metro perforado es un parámetro de la evaluacióneconómica de rendimiento. Aunque las barrenas representan apenas una fraccióndel costo total del equipo, son elementos críticos para calcular el aspectoeconómico de la perforación. El Costo de una barrena de diamante puede servarias veces más alto que el de una barrena tricónica; de ahí que sólo pueda

justificarse su uso con base en su rendimiento. Con el fin de evaluar sudesempeño, se ha usado varios parámetros de comparación como el costo de labarrena, velocidad de perforación, longitud perforada, etc. La utilización de estosparámetros como indicadores de rendimiento, podrían ser apropiados sólo en loscasos cuyas características especiales la justifiquen. En forma individual no esrecomendable utilizarlos ya que se deben tomar en cuenta otros factores tambiénimportantes.

El objetivo es lograr el menor costo de perforación sin poner en riesgo lasoperaciones; además se deben cumplir las especificaciones de perforación einclusive observar las restricciones que pudieran existir.

El método aceptado para evaluar el rendimiento económico de unabarrena, consiste el calcular el costo por metro perforado. Puesto que la barrenaPDC es mucho más cara que la tricónica, dicha barrena debe justificar su costomayor, ya sea perforando rápido y/o perforando más metros. Para calcular el costopor metro se aplica la siguiente fórmula, considerando que es válido para cualquierclase de barrena, incluyendo las de PDC.

C = M

TcTvT R B )( +++

* Tv = 0.004 X P * Tc =6014.9 x

t x M =

4.548

t x M

Donde:

C = Costo por metro perforado, en $/m.B = Costo de la Barrena, en $.R = Costo de operación del equipo de perforación, en $/hr.



5. Barrenas 5.4 Costo por metro

70

T = Tiempo perforando, en hrs.Tv = Tiempo de viaje redondo, en hrs.Tc = Tiempo de conexión, en hrs.M = Intervalo perforado con la barrena, en m.T =Tiempo en hacer una conexión, en mins.

*El factor 0.004 es suponiendo un viaje de 1000 m de tubería en 4 hrs.(4 hrs. /1000 m= 0.004 hr/m), y el 9.14 la longitud de un tubo en m y 60 laconversión de minutos a horas.



5. Barrenas 5.5 Acción de corte de las barrenasde cortadores fijos

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5.5 ACCION DE CORTE DE LAS BARRENAS DE CORTADORES FIJOS

Las barrenas de PDC desbastan (cortan por fricción) las formaciones, tal como lostornos desbastan el metal. Las de conos de rodillos, por otra parte, penetran laroca triturándola y resquebrajándola, lo cual se logra aplicando alto peso sobre labarrena para comprimir la formación hasta que falle. Las altas cargas verticales decompresión hacen que la roca ceda, a lo largo de un plano de falla situadoaproximadamente a 40 grados del plano horizontal. Las barrenas de diamantesnaturales, aunque su clasificación es de barrenas de arrastre (o sea la misma delas de PDC) avanzan como arados, abriendo surcos y luego triturando pero sincizallar la roca. (fig. 5.7)

Figura 5.7 Acción de corte de las barrenas

La acción de corte de cualquier barrena desempeña un papel clave en la

cantidad de energía que se requiere para atravesar una formación dada. Estacaracterística suele denominarse “energía específica” y es la cantidad de energíaque se requiere para perforar una unidad dada de volumen de roca. Las barrenascizallan directamente la roca, en vez de hacerlo por compresión vertical paraprovocar la falla por cizallamiento a lo largo de su plano natural de falla, requierenmenos energía específica por regla general, la fuerza de cizallamiento es la mitad



5. Barrenas 5.5 Acción de corte de las barrenasde cortadores fijos

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de la fuerza de compresión. Esta relación, sin embargo, puede variar con el tipoespecífico de roca.

El compacto de diamantes policristalinos (PDC) consiste en una capa departículas adheridas de diamantes sintéticos, respaldada por otra capa másgruesa de carburo de tungsteno. Ese conjunto se puede usar “tal como está”, pero

comúnmente se suele ligar a un elemento de respaldo, también de carburo detungsteno, para facilitar la instalación del cortador de PDC en el cuerpo de labarrena y dejar el cortador más descubierto (fig. 5.8).

Figura 5.8 Cortador de PDC

Los cristales de los diamantes sintéticos son, al igual que en casi todos losdiamantes naturales, de estructura monocristalina; es decir, que cada diamantesólo tiene un cristal, sea cual fuese su tamaño. Dada la forma de la estructuramolecular de su cristal, los diamantes se pueden partir por impacto, si el golpe seda en la orientación correcta. Tal característica puede ser catastrófica si eldiamante se ha de usar como herramienta de corte. Los planos de clivaje sonventajosos en aplicaciones de joyería, ya que permiten cortar los diamantes paradarles formas multifacéticas. El diamante policristalino, que es un conglomeradode diminutas partículas de diamantes monocristalinos ligados entre sí, carece deun plano de clivaje, si bien cada uno de sus componentes tiene su plano propio.Por eso, los diamantes policristalinos son más resistentes al impacto que losdiamantes naturales y son muy efectivos para perforar rocas.



5. Barrenas 5.6 Barrenas de diseño bicentricoy excéntrico

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5.6 BARRENAS DE DISEÑO BICENTRICO Y EXCENTRICO

En ciertas litologías se corre el riesgo de que las formaciones sedesplomen y se angoste el recinto del pozo. Por ejemplo: Algunos lutitas y arcillasse pueden “hidratar” en el recinto y las sales pueden “invadirlo”. Si la barrena estáperforando en ese tipo de rocas y eso ocurre arriba de la barrena, es imposiblesacar la sarta del pozo. Del mismo modo, si esto ocurre antes de introducir lasarta, la barrena no puede llegar al fondo a menos que se escarie el recinto. Lasbarrenas bicéntricas/excéntricas se han diseñado para aminorar esos problemasporque pasan por diámetros más pequeños que los suyos propios. Esto se logradiseñando la barrena de modo tal que la estructura quede asimétrica; por ejemplo,alargando el cuerpo en un lado del eje. En la práctica, al girar con la barrena, el

lado largo corta recinto de pleno calibre o de diámetro ligeramente más grande,según sean su diseño y el grado de excentricidad. Y si la barrena no gira, suasimetría le permite pasar a través de trechos que se hayan angostado (figura5.9).

Figura 5.9 Esquema de barrena excéntrica

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