Barrenas.pdf

7/23/2019 Barrenas.pdf

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FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin


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Objetivo: El alumno ser capaz de identificar los diferentes componentes y tipos de

tuberas que conforman una sarta de perforacin, los tipos de roscas utilizados, tipos debarrenas, sabr disear una sarta de perforacin y elaborar un programa de barrenas.


a. Definicin

b. Principio de operacin

c. Clasificacin de las barrenas

d. Barrenas tricnicas

e. Barrenas de cortadores fijos (de diamante)

f. Seleccin de barrenas

g. Seleccin del dimetro de la barrena

h. Factores que afectan el desgaste de la barrena

i. Determinacin del tiempo optimo para el cambio de la barrena

BARRENAS

TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas


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Barrena es la herramienta de corte que se localiza en el extremo inferior de la sarta de

perforacin y se utiliza para cortar o triturar la formacin durante el proceso de

perforacin rotatoria.

Para realizar la perforacin, las barrenas funcionan con base en dos principios

esenciales: fallar la roca venciendo sus esfuerzos de corte y de compresin. El principiode ataque se realiza mediante la incrustacin de sus dientes en la formacin y

posteriormente en el corte de la roca al desplazarse dentro de ella. La forma de ataque

depender del tipo y caractersticas de la roca, principalmente su dureza.



La barrena es la herramienta clave para el ingeniero de perforacin: su correcta

seleccin y las condiciones ptimas de operacin son las dos premisas esenciales paralograr el xito en el proceso de perforacin.

a. Defin ic in

b. Principio de operacin


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Barrenas tricnicas.- El mecanismo principal

de ataque de esta barrenas (de dientes

maquinados o insertos) es de trituracin por

impacto fallando la roca por compresin.

Fallan la roca por

esfuerzo de corte

Fallan la roca por

compresin

De acuerdo a su mecanismo de ataque las barrenas se clasifican en:

De cortadores fijos.- El mecanismo de

ataque es por raspado de la roca fallando por

esfuerzo de corte.

c . C las if icac in de bar renas


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ContactarRanura en cincel +

fractura pequenaEscarbado

+ fracturaCrater formado

Accion de paleado

Accion de escarbado

Brarrena

triconicaBarrena

PDC

Comparativo


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Como su nombre lo indica, estas barrenas tienen tres conos cortadores que giran sobresu propio eje y fueron introducidas entre 1931 y 1933. Varan de acuerdo con su

estructura de corte ya que pueden tener dientes de acero fresados o de insertos de

carburo de tungstenoy constan de tres importantes componentes:

d . Barrenas t r icn icas



1. Estructura cortadora 2. Sistema de rodamiento 3. Cuerpo de la barrena

Dientes fresados

Insertos de carburo

de tugsteno


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7

Clasificar las formaciones puede ser tan complicado como se desee, sin embargo,

en base a la facilidad o dificultad que presentan a ser perforadas, se puedenagrupar en cuatro categorias:

Clasificacin de formaciones

Cada categoria o serie se subdivide

en cuatro grados de durezaCategoria o Serie de formacion

Aunque no es una

regla, normalmente laabrasividad de las

formaciones aumenta

con su dureza.

Blandas

Medias

Duras

Extra

Duras

Muy blanda

Blanda

Dura

Muy Dura

Muy blanda

Blanda

Dura

Muy Dura

Muy blanda

Blanda

Dura

Muy Dura

Muy blanda

Blanda

Dura

Muy Dura

Roca AbrasividadBlanda Baja

Media Media

Dura Alta

Extra dura Muy Alta

Abrasividad


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8

Triconicas Diamante Natural PDC TSP

Dientes de acero maquinados Piedras Irregulares Compactos Circulares Cortadores geomtricos

Insertos de carburo de Tungsteno en postes o cilindros

Balero estandar para bnas de dientes o insertos Cuerpo de Matriz Cuerpo de Matriz Cuerpo de Acero

Balero sellado para bnas de dientes o insertos Cuerpo de AceroChumacera estandar para Bnas de Dientes

Chumacera de Alto Rendimiento para Insertos

Toberas (generalmente tres) Vias de Agua Toberas (variable) Vias de Agua

Diseo para perforacion con aire

Proteccion al Calibre Proteccion al CalibrePara control direccional Para control direccional

Con toberas extendidas

Para perforacion horizontal Para perforacion horizontal

Para operar con motor de fondo Para operar con motor de fondo

Descarga central para no inducir derrumbe

Diferentes tipos de Insertos (conicos, cincel, boton,etc)

Proteccion adicional en piernas y cuerpo Proteccion adicional en cuerpo

Bi-conica

Para desviar con tobera

Caracteristicas Adicionales Caracteristicas Adicionales

Sistema de rodamiento Sistema de rodamiento No Aplica (no tienen)

Area de flujo: Area de flujo:

Cortadores Moviles (Conos dentados) Cortadores Fijos (Piedras y Compactos)Estructura de corte

Clasificacin de Barrenas


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9

Mecanismo de perforacion de las bnas triconicas

Figura # 4.6

Mecnica de corte por cinceleo y

trituracin

Figura # 4.2

Conos con Dientesde Acero maquinados

Insertos de Carburode Tungsteno

La perforacion de lleva a cabo como resultado del golpeteo repetitivo de los dientes o insertossobre la formacin, a medida que los conos van rotando sobre sus baleros como resultado de

movimiento rotatorio que la sarta le transmite por el efecto del torque que recibe de la mesa

rotaria


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10

Revestimiento de Dientes para favorecer el proceso de Autoafilado

Caracteristicas de barrenas triconicas

Esta es una caracteristica que bien aprovechada reditua rendimientos

excelentes con bnas triconicas.

Para que el revestimiento de los dientes rinda los resultados esperadoses necesario que al transcurrir la vida de la barrena se le apliquen las

condiciones de operacin adecuadas para propiciar el proceso de

Autoafilado de Dientes. Uno de los parametros indispensables para

lograrlo es el Peso sobre barrena. Si el peso aplicado a la bna es

insuficiente para este proposito, los dientes se achataran y

disminuir sensiblemente su capacidad para perforar.


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BARRENAS TRICNICAS

Barrenas de Perforacin

Insertos Dientes maquinados


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12

Los Insertos se fabrican en diferentes tamaos y formas de acuerdo con las formaciones a

perforar. A mayor dureza de la roca menor tamao. Tambien esto es valido para los dientes

Caracteristicas de barrenas triconicas


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La estructura cortadora (diente).- La estructura de corte esta montada sobre los cojinetes,los cuales corren sobre pernos y constituyen una parte integral del cuerpo de la barrena.

Sistema de rodamiento.

1. Una conexin roscada que une la barrena

con la tubera.

2. Tres ejes de cojinetes donde van

montados los conos.

3. Los depsitos que contienen el lubricante

para los cojinetes.

4. Toberas u orificios por donde sale el fluido

de perforacin para la limpieza del pozo.




Cuerpo de la barrena.- El cuerpo de la barrenaconsta de:

Conos

Toberas

Conexin


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Cdigo IADC para barrenas tricnicas

Las barrenas tricnicas son las ms utilizadas en la perforacin petrolera, y para otras

aplicaciones como: pozos de agua, minera y geotermia. Cada compaa tiene sus

propios diseos con caractersticas especificas.

Para evitar confusin entre los diferentes tipos de barrenas equivalentes en relacin con

sus distintos fabricantes, la Asociacin Internacional de Contratistas de Perforacin

(IADC) ha desarrollado un sistema estandarizado para clasificar las barrenas tricnicas

de rodillos de acuerdo con:

d . Ba rrenas tr icn i cas



El tipo de diente (acero o inserto)

El tipo de formacin (en trminos de serie y tipo) Las caractersticas mecnicas

Funcin del fabricante

El sistema de clasificacin permite hacer comparaciones entre los tipos de barrenas que

ofrecen los fabricantes. El sistema de clasificacin consta de tres dgitos:


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El primer dgito.- Identifica el tipo de estructura de corte y tambin el diseo de laestructura de corte con respecto al tipo de formacin, como se relaciona a continuacin:

1. Dientes fresados para formacin blanda.

2. Dientes fresados para formacin media.

3. Dientes fresados para formacin dura.

4. Dientes de inserto de tungsteno para formacin muy blanda.

5. Dientes de inserto de tungsteno para formacin blanda.

6. Dientes de inserto de tungsteno para formacin media.

7. Dientes de inserto de tungsteno para formacin dura.

8. Dientes de inserto de tungsteno para formacin extra dura.





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El segundo dgito.- Identifica el grado de dureza de la formacin en la cual se usar labarrena y vara de suave a dura como se indica:

1. Para formacin suave.

2. Para formacin media suave.

3. Para formacin media dura.

4. Para formacin dura.

El tercer dgito.- Identifica el sistema de rodamiento y lubricacin de la barrena.

1. Con toberas para lodo y balero estndar.

2. Toberas para aire t/o lodo con dientes diseo en T y balero estndar.

3. Balero estndar con proteccin en el calibre

4. Balero estndar sellado autolubricable.5. Balero sellado y proteccin al calibre.

6. Chumacera sellada.

7. Chumacera sellada y proteccin al calibre.

8. Para perforacin direccional.

9. Otras.





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17

1 2 3 4 5 6 7

Dientes de

Acero paraRoca Blanda

Dientes deAcero paraRoca Media

Dientes deAcero paraRoca Dura

Dientes deInsertos

Muy Blanda

Dientes deInsertosBlanda

Dientes deInsertosMedia

Dientes deInsertos

Dura

Dientes deInsertos

Muy Dura

7

8

1

2

3

SERIE DUREZA

4

5

6

SISTEMA DE RODAMIENTO


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18

1 2 3 4 5 6 7

Dientes de 1

Acero 2

Blanda 34

Dientes de 1

Acero 2

Media 34

Dientes de1

Acero2

Dura34

Dientes de 1Insertos

2

Muy Blanda34

Dientes de1

Insertos2

Blanda34

Dientes de1

Insertos2

Media 34

Dientes de1

Insertos2

Dura34

Dientes de1

Insertos2

Muy Dura34

SUAVEMEDIA SUAVE

MEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURA

SUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVE


7

8

1

2

3

SERIE DUREZA

4

DIENTESDEACERO

INS

ERTOS

5

6



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19

1 2 3 4 5 6 7

Dientes de 1

Acero 2

Blanda 34

Dientes de 1

Acero 2

Media 34

Dientes de1

Acero2

Dura34


2

Muy Blanda34

Dientes de1

Insertos2

Blanda34

Dientes de1

Insertos2

Media 34

Dientes de1

Insertos2

Dura34

Dientes de1

Insertos2

Muy Dura34

SUAVEMEDIA SUAVE




7

8

1

2

3

SERIE DUREZA

4

DIENTESDEACERO

INS

ERTOS

5

6


4 BALEROSELLADO

5 BALEROSELLADO Y

PROTECCINAL CALIBRE

6 CHUMACERAESTANDARSELLADA

7 CHUMACERACON PLATA YPROTECCINAL CALIBRE


20/50

20

Dientes de 1

Acero 2

Blanda 34

Dientes de 1

Acero 2

Media 34

Dientes de1

Acero2

Dura34


2

Muy Blanda34

Dientes de1

Insertos2

Blanda34

Dientes de1

Insertos2

Media 34

Dientes de1

Insertos2

Dura34

Dientes de1

Insertos2

Muy Dura34

SUAVEMEDIA SUAVE




7

8

1

2

3

SERIE DUREZA

4

DIENTESDEACERO

INS

ERTOS

5

6

1 2 3 4 5 6 7SISTEMA DE RODAMIENTO

A Para perforacin con aire

BSello especial de balero

C Tobera en el centro.

D Control de desviacion

E Toberas extendidas

G Proteccion adicional al calibre

H Para perforacion horizontal o

geonavegacion

J Tobera para desviar

L Almohadillas de insertos

M Para perforar con motor de fondo

S Modelo de dientes de acero estandar

T Bna bi-conica

W Estructura de corte mejorada

X - Predominantemente dientes de

insertos tipo cincel

Y Dientes de Insertos conicos

Z Otra forma de insertos

Caracteristica Especial


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21

Estas ilustraciones de

barrenas de cortadores

fijos permitiran por

observacion ubicar las

cinco areas de interescomentadas. Se podrn

distinguir tambien algunas

diferencias en la zona del

calibre, del cono y algunos

otros detalles.PD

CTSP

Diamante

Natural

PD

C

TSPDiamanteImpregnad

o

La forma de la descarga de

lodo en las barrenas TSP y

Diamante es a traves de

vias de agua. En las bnas

PDC es por toberas. Conos

muy planos como el de la

TSP abajo de estas lineas

produciran una caida de

presion mas alta que las

otras. Teoricamente nodebera ser asi


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Las barrenas de diamante tienen un diseo muyelemental, a diferencia de las tricnicas carecen de

partes mviles. Normalmente el cuerpo puede ser de

acero o carburo de tungsteno (matriz) o una

combinacin.

El diamante utilizado puede ser natural o sinttico,

segn el tipo y caractersticas de la misma. La dureza

extrema y la alta conductividad trmica del diamante lo

hacen un material con alta resistencia para perforar en

formaciones duras y semiduras.

Las barrenas de diamante, a excepcin de las barrenas PDC, no usan toberas para circular el

fluido de perforacin, su diseo es tal que, el fluido de perforacin puede pasar a travs del

centro de la misma, alrededor de la cara de la barrena y entre los diamantes por unos canales

llamados vas de agua o de circulacin.

Las vas de circulacin en una barrena de diamante no son tan variadas como en una barrena

tricnica donde las toberas son intercambiables.

e. Barrenas de cor tadores f i jos




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Barrenas de diamante natural

El tipo de flujo es radial y el tipo de cortadores es de

diamante natural incrustado en el cuerpo de la barrena

con diferentes diseos. El mecanismo de corte es por

friccin y arrastre.

El uso de estas barrenas es limitado salvo en casos

especiales para formaciones duras, cortar ncleos de

formacin y como barrenas desviadoras en pozos con

formaciones muy duras y abrasivas. Entre ms dura y

abrasiva es la formacin, ms pequeo ser el

diamante. Los diamantes utilizados son redondos pero

irregulares.

Barrenas desviadoras

Corta ncleos





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Barrenas de diamante trmicamente estable (TSP)

Son utilizadas para perforar rocas duras como caliza dura, basalto y

arenas finas. Son ms usadas que las de diamante natural. Se caracteriza

por usar diamante sinttico de forma triangular, la densidad, el tamao y

forma del grano son caractersticas de cada fabricante.

Barrenas de compacto de diamante policristalino (PDC)

El diseo de los cortadores esta hecho con diamante sinttico en

forma de pastillas (compacto de diamante). A diferencia de las

barrenas de diamante natural y TSP, su diseo hidrulico se

realiza con sistema de toberas para lodo, al igual que las

barrenas tricnicas. Por su diseo y caractersticas, las barrenas

PDC cuentan con una gran gama de tipos y fabricantes,

especiales para cada formacin: desde muy suaves hasta muy

duras. Pueden ser rotadas a altas velocidades, utilizadas con

turbinas y motores de fondo y con diferentes pesos sobre

barrena. Por su versatilidad son las ms utilizadas.





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25

Perfiles basicos de barrenas de cortadores fijos

Decripcin de los tipos de barrenas

Basicamente se ubican cinco areas de interes: la zona del calibre que es el lado

lateral del cuerpo, en seguida esta el hombro, la siguiente zona es la conicidad

(taper), continua la nariz que es el area periferica de contacto con el fondo del

agujero y finalmente esta el cono que es la cavidad central de la parte inferior

del cuerpo de la bna que hace contacto directo con el fondo del pozo.

Calibre

ConicidadCono

Hombro

Nariz

Calibre

ConicidadCono

Hombro

Nariz

Calibre

Hombro

Conicidad

NarizCono


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26

Clasificacin de formaciones y tipos de barrenas

Figura # 4.1 Bnas de friccin PDC y diamante

Cortadores Fijos

Cuerpo slido

Piedras de Diamante natural

Compactos de diamante policristalino PDC

Compactos termalmente estables TSP

Proteccion al calibre

Figura # 4.3

Tamaos y diseos

de cortadores TSP

Figura # 4.2 Tamaos y

diseos de cortadoresPDC

Figura # 4.4 Tamaos y

formas de piedras de

diamante natural


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27

Clasificacin de formaciones y tipos de barrenas

Figura # 4.2 Tamaos y diseos de cortadores PDC

Las bnas PDC han revolucionado en gran

manera la perforacion, especialmente de

formaciones blandas. Cuando son

seleccionadas adecuadamente se logran

rendimientos verdaderamente

extraordinarios. Son capaces de perforar

durante cientos y en algunos casos miles

de horas, y lo mas sorprendente, a ritmos

de perforacion muy altos. Algunas de

estas bnas han llegado a perforar mas de

30 000 mts durante su vida util.

El tamao y numero de cortadores

policristalinos que tiene una bna PDCsigue la regla de a mayor dureza de la

roca menor el tamao y mayor el

numero de cortadores.

Los cortadores de 19 mm son

especialmente eficientes perforando

formaciones suaves, no tienen rival. Laoperacin de estas bnas requiere bajo

PSB, alta velocidad de rotacion y de

manera especial suficiente potencia

hidraulica para evitar el embolamiento.


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28

Figura # 4.3 Ejemplo de Bnas de corte por friccin PDC,diamante natural y TSP

Figura # 4.4 Mecnismo de corte de Bnas de friccin PDC, TSP y Diamante


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Cdigo IADC para barrenas de cortadores fijosLa IADC desarrollo el cdigo para las barrenas de cortadores fijos que consta de cuatro

caracteres (una letra y tres nmeros) que describen siete caractersticas bsicas:

1. Tipo de cortados

2. Material del cuerpo de la barrena.

3. Perfil de la barrena.4. Diseo hidrulico para el fluido de perforacin.

5. Distribucin del flujo.

6. Tamao de los cortadores.

7. Densidad de los cortadores.

e. Bar renas de cor tadores fi jos




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30

Clasificacin de barrenas Codigo IADC

Tambien dentro del Codigo IADC existen, los elementos necesarios para identificar de

manera universal las barrenas de cortadores fijos con cuatro caracteres:

El primerorepresenta el material del cuerpo.

Acero o Matriz (carburo de tungsteno).

El segundoindica la densidad de cortadores.

En bnas PDChay cuatro Densidades de cortadores como sigue:

Densidad 1 equivale a 30 o menos cortadores de 12mm,

Densidad 2 se refiere de 30 a 40 cortadores de 12mm,

Densidad 3 indica entre 40 y 50 cortaderes de12mm y

Densidad 4 se refiere a 50 o mas cortadores de 12mm.

En bnas de diamanteel tamao del cortador se d en piedras por kilate (ppk).

Densidad 6 representa diamantes mayores de 3ppk,,

Densidad 7 indica diamantes entre 3ppk y 7ppk y

Densidad 8 corresponde a diamantes mas pequeos de 7ppk.


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31


El tercerode estos carcteres corresponde al tamao y tipo de cortador.

En barrenas PDC

1 indica tamao de cortadores mayor a 24mm,

2 indica cortador entre 24mm y 14mm,

3 tamao entre 14mm y 8mm y

4 cortador mas pequeo de 8mm.

En barrenas de Diamante

1 representa diamante natural,

2 corresponde a barrenas de diamante TSP,

3 indica una combinada de diamante Natural con diamantes TSP y

4 se refiere a barrenas de diamante impregnadas.

El cuartoy ultimo carcter representa el perfil del cuerpo de la barrena, asi entonces:

1 representa tanto bnas PDC cola de pescado como cara plana deDiamante natural o TSP

2, 3 y 4 indican perfiles que aumentan gradualmente su longitud

Una bna PDC virtualmente plana se identificara con un 2

Una bna de flanco largo estilo turbina se codificara con un 4


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32

M = Matriz

< 30 30-40 40-50 > 50 1 2 3 4

1 2 3 4A = Acero

1 2 3 4 1 2 3 4

6 7 8 1 2 3 46 7 8 1 2 3 4

MuyLigero

MuyDenso

DiamanteNatural

< 3 ppk 3-7 ppk > 7 ppk

4to. CARACTER

Perfil del Cuerpo

Cola dePescadoo Plana

Corto Medio Largo24-14 mm 14-8 mm

3er. CARACTER

TSP Combinacin Impregnado

Tamao de las piedrasde Diamante

1er. CARACTER

Materialdel Cuerpo

Elemento

Densidad Equivalente aCortadores PDC de 12 mm

Ligero Denso

2do. CARACTER

Tamao

> 24mm

S = Steel

< 8 mm


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33


Material del cuerpo M: indica cuerpo de matriz

Densidad de cortadores PDC: 4 indica que tiene mas de 50

cortadores equivalentes de 12mm

Tamao de los cortadores PDC: 3 indica que esta entre 14 y 8 mm

Tipo de Perfil: 2 equivale a una barrena de perfil plano.


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Las barrenas especiales, como su nombre lo indica se

usan para condiciones muy especificas y as tenemos la

siguiente clasificacin:

Barrenas desviadoras.

Barrenas ampliadoras.

Barrenas nucleadoras.




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Para el proceso de seleccin de barrenas es fundamental conocer los objetivos de la perforacin.Los principales aspectos que se deben tomar en cuenta para la seleccin de barrenas son:



f . Seleccin de bar renas

El Rendimiento de la barrena.-Uno de los principales objetivos es perforar el pozo en el menor

tiempo posible o sea, perforar la mayor cantidad de metros en un tiempo de rotacin aceptable.

La trayectoria del pozo (vertical o direccional).

Economa.-El factor econmico es fundamental para la seleccin de barrenas.


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Litologa.-Por lo general la informacin geolgica es la primera que se necesita para determinar

la mejor seleccin de las barrenas: Tipo de roca, dureza, homogeneidad, fracturas, etc.

Dim. 12" X 14 3/4" Toberas Longitud T.E.B.* P.S.B. Gasto Vel. Pen. Pot. Bna.

Bna. No. Tipo ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs ) ( Ton ) ( gpm ) ( min / m ) ( HP/pg2)

1 PDC 2(14); 5(11) 3800 4671 871 120 4 - 8 120 - 150 572-540 8.27 1.59 - 1.38

Dim. 10 5/8" X 12 1/4" Toberas Longitud T.E.B.* P.S.B. Gasto Vel. Pen. Pot. Bna.

Bna. No. Tipo ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs ) ( Ton ) ( gpm ) ( min / m ) ( HP/pg2)

1 PDC 2(12), 6(11) 4671 6158 1487 300 4 - 8 120 - 150 485 12.10 1.40 - 1.36

Dim. 8 3/8" Toberas Longitud T.E.B.* P.S.B. R.P.M. Gasto Vel. Pen. Pot. Bna.

Bna. No. TIPO ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs ) ( Ton ) ( gpm ) ( min / m ) ( HP/pg2)

1 PDC 1)14;1)16;3)11 6158 6458 300 90 8 - 12 80 - 100 300 18.00 2.46

2 517 3)14; 1)16 6458 6528 70 50 5 - 8 80 - 120 300 42.86 2.30

3 PDC 1)14;1)16;3)11 6528 6804 276 150 8 - 12 80 - 100 300 32.61 2.46

R.P.M.

Intervalo ( m )

Intervalo ( m )R.P.M.

Intervalo ( m )

Registro de barrenas

Registro de barrenas .-Un anlisis objetivo de los pozos de correlacin ofrece la oportunidad de

comprender las condiciones en el fondo del pozo, las limitaciones de su perforacin y en muchos

casos la adecuada seleccin de barrenas. Un adecuado anlisis del registro de las barrenas

proporcionan datos de gran valor como:

Factores impo rtantes

FACU TA DE INGENIERIA El d P f i


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Coeficiente de penetracin.-El cual es una indicacin de la dureza de la roca, no obstante una

seleccin inadecuada de la barrena puede ocultar las caractersticas reales de dureza.

Fluidos de perforacin.-El tipo y calidad del fluido de perforacin utilizado tiene un importanteefecto en el rendimiento de la barrena. Los fluidos base aceite mejoran el rendimiento (PDC).

Hidrulica.-La hidrulica proporciona el enfriamiento y limpieza a la barrena. El anlisis histrico

mostrara los parmetros utilizados y que oportunidades existen para una mejor utilizacin.

Factores impo rtantes

Costos.- La barrena debe tener las cualidades que satisfagan las necesidades de aplicacin al

menor costo.

FACULTA DE INGENIERIA El t d P f i


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f . Seleccin de bar renas Factores qu e afectan la seleccin de barrenas

Limitaciones de peso sobre la barrena.- Cuando se presenta esta situacin, una barrena de

cortadores fijos (PDC) tiene posibilidades de ofrecer un mayor ritmo de penetracin que una

barrena de roles.

Escala de RPM.- Cuando se aplicara alta velocidad de rotacin a la barrena, la barrena de

diamantes nos ofrece mayor eficiencia que la de roles.

Formaciones nodulares.-En formaciones como pirita y conglomerados las barrenas de roles son

ms efectivas, ya que las de diamante se daan debido al impacto.

Ampliacin.-Cuando se requiere la ampliacin de un intervalo cuya duracin sea mayor de 2 hrs

se deben considerar barrenas de roles.

Pozos profundos.-Se debe considerar una barrena de diamante que nos ofrezca mayor duracin

(menos viajes).

Motor de fondo.-Los motores de fondo funcionan con altas RPM por lo que se recomineda la

utilizacin de barrenas de diamante.



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Un procedimiento prctico y sencillo para optimizar la perforacin es elegir los parmetros de

perforacin tales como: tipo de barrena, peso sobre la barrena y velocidad de rotacin, ms

que obtener la velocidad de perforacin promedio del rea.

1. Seleccionar los pozos de correlacin.

2. Recopilar la informacin sobre los registros de las barreas utilizadas en los pozos.3. Calcular el costo por metro de cada barrena a utilizar.

4. Realizar una grfica de Costo/metro vs. Profundidad.

5. A partir de la grfica seleccionar las condiciones que den el costo mnimo.

CM = CB + CE + (TR+TV)

M

CM = costo por metro perforado, dlares/metro

CB = costo de la barrena, dlaresTV = tiempo de viaje, horas

TR = tiempo de rotacin, horas

CE = costo de operacin del equipo, dlares/hora

M = metros perforados

TV = 0.0025 Profundidad (m)




Procedimiento



40/50

Prof. Ing. Israel Lpez Valdez

Perforado

Programado

En perforacion

A

B

D

C

7

8

5

3 92

14

6

12

1.- Pozos de correlacin




2 Recopilacion de la informacion 3 Calcular el costo por metro


41/50

No.

Barrena

Dimetro

pg

Tipo

barrena

Costo

dlares

Prof. Inicial

m

Prof. Final

m

Metros

perforados

Tiempo

rotacin

hrs Costo / m

Costo por

intervalo

1 17 1/2 111 5,062 0 1,352 1,352 78 22 29744

2 12 1/4 114 2,500 1,352 1,788 436 37 36 15696

3 12 1/4 114 2,500 1,788 2,105 317 18 32 10144

4 12 1/4 114 2,500 2,105 2,363 258 27 51 13158

5 12 1/4 126 3,050 2,363 2,758 395 46 50 19750

6 12 1/4 126 3,050 2,758 2,899 141 22 92 12972

7 12 1/4 517 8,400 2,899 3,355 456 88 85 38760

8 8 1/2 517 4,400 3,355 3,892 537 104 74 39738

9 8 1/2 517 4,400 3,892 3,958 66 33 288 19008

10 8 1/2 517 4,400 3,958 4,033 75 30 242 18150

11 8 1/2 517 4,400 4,033 4,144 111 32 170 18870

12 8 1/2 517 1,100 4,144 4,181 37 11 253 9361

13 8 1/2 517 4,400 4,181 4,426 245 75 130 31850

14 8 1/2 517 4,400 4,426 4,511 85 21 189 16065

15 8 1/2 517 4,400 4,511 4,756 245 63 117 28665

58,962 4,756 685 321,931

Pozo No. 1

No.

Barrena

Dimetro

pg

Tipo

barrena

Costo

dlares

Prof. Inicial

m

Prof. Final

m

Metros

perforados

Tiempo

rotacin

hrs

Costo / m Costo por

intervalo

1 17 1/2 114 7,400 0 1,067 1,067 36 18 19206

2 12 1/4 114 2,500 1,067 1,622 554 26 21 11634

3 12 1/4 114 2,500 1,622 2,057 435 28 30 13050

4 12 1/4 114 2,500 2,057 2,048 27 6 251 6777

5 12 1/4 114 2,500 2,048 2,308 224 32 66 14784

6 12 1/4 114 2,500 2,308 2,468 160 30 90 14400

7 12 1/4 517 8,400 2,468 2,878 410 80 87 35670

8 12 1/4 517 8,400 2,878 3,231 353 82 104 36712

9 8 1/2 517 4,400 3,231 3,471 240 78 133 31920

10 8 1/2 517 4,400 3,471 3,471 6 10 400 2400

11 8 1/2 517 4,400 3,471 3,735 258 95 144 37152

12 8 1/2 537 4,400 3,735 3,878 143 45 157 22451

13 8 1/2 537 4,400 3,878 3,995 117 45 193 22581

14 8 1/2 537 4,400 3,995 4,106 111 40 192 21312

15 8 1/2 537 4,400 4,106 4,166 60 20 256 15360

16 8 1/2 627 4,400 4,166 4,190 24 18 500 12000

17 8 1/2 537 4,400 4,190 4,273 83 30 222 18426

18 8 1/2 Diamante 14,875 4,273 4,410 137 150 475 65075

19 8 1/2 Diamante 14,875 4,410 4,615 205 160 333 68265

20 8 1/2 517 4,400 4,615 4,878 263 98 150 39450

110,450 4,877 1,109 508,625

Pozo No. 2

2. Recopilacion de la informacion 3. Calcular el costo por metro



42/50

De la grfica se observa que hasta

2000 m aproximadamente, se deben

usar las condiciones de operacin del

pozo 2 y de 2,000 a 4,800 m las

condiciones del pozo 1.

Utilizando los datos de las tablas

anteriores realizar el programa de

barrenas para un pozo nuevo.

0

500

1000

2000

3000

4000

5000

5 10 15 20 25 30 35 40

Pozo 2

Pozo 1

Pozo 2Profundida

d(m)

Costo 1000 dlls



f . Seleccin de bar renas 4. Graficar el costo por metro vs profundidad



43/50

Existe el concepto errneo de que una barrena que perfora ms metros o que dure ms

tiempo perforando es la que da el mnimo costo por metro perforado. Para ilustrar el

concepto anterior se presenta el siguiente ejemplo:

Peso sobre

barrena

(ton)

Velocidad de

rotacin

(rpm)

Metros

perforados

Horas de

rotacin

Caso 1 38 80 150 6

Caso 2 32 85 200 10

Caso 3 30 85 250 15

El costo del equipo es de: 500

dlares la hora.

El costo de la barrena es de:

1,500 dlares.

El tiempo promedio de viaje es

de 6 horas.

Caso 1 CM = (1,500 + 500(6+6)) / 150 = 50 dll/m

Caso 2 CM = (1,500 + 500 (10 + 6)) / 200 = 47.5 dll/m

Caso 3 CM = (1,500 + 500(15 + 16)) / 250 = 48 dll/m

Caso 1 Vel Perf = 150 / 6 = 25

Caso 2 Vel Perf = 200 / 10 = 20

Caso 3 Vel Perf = 250 / 15 = 16

CM = CB + CE + (TR+TV)M






44/50

Como se puede observar de la tabla anterior, la barrena que da como resultado el

mnimo costo por metro es la del caso 2y es importante notar que no fue la que ms

metros perfor (caso 3), ni la que ms horas de rotacin trabaj (caso 3), ni la quemayor velocidad de perforacin obtuvo (caso 1).




Caso

Velocidad de

perforacion

( m / hr )

Horas de

rotacion

Metros

perforados

Costo por

metro

Dll/m

1 25 6 150 50.0

2 20 10 200 47.5

3 16 15 250 48.0



45/50




Dureza

de la

Formacin

Tipo de

barrena

Descripcin de

la formacin

Estructura

cortadora

Excentricidad

y ngulo

de cono

Tamao de los

baleros y espesor

de la concha

Accin

cortadora

Formacin:

Medio

Suave

511, 514

516, 521

524, 526

Suaves no consolidadas

baja resistencia a la

compresin y alta

perforabilidad:

Arcillas, lutitas, sal de

intervalos grandes

Insertos blandos

en forma de

dientes

de extencin

mxima

Insertos blandos

de accin

raspadora y

Los insertos bandos

proveen conchas

de cono ms

delgadas y baleros

ms pequeos

Principalmente

raspado

con un mnimo

requerimiento de

astillado triturado

Formacin:

Media

531, 534

536, 511

614, 616

Intercalaciones m s

blandas de

formaciones duras:

calizas, dolomas y

lutitas arenosas

duras

Insertos medios:

en forma de

cua de

extensin media

Insertos medios:

accin trituradora

con ligero

raspado

Fundamentalmente

astillado y

rascado con

algo de accin

trituradora

Formacin:Media

Dura

621, 624626, 711

714, 716

Intercalaciones medias

en formaciones

duras:pedernal, granito

basalto y formaciones

cuarcticas

Insertos medios:

en forma de

cuade extensin

media

Insertos medios:

accin trituradora

con ligero

raspado

Principalmente

trituradora con

algo de accin

rascadora

Formaciones:

Extremadamente

Duras

721, 724

726, 811

814, 816

as m s uras y

abrasivas:

cuarcitas y arenas

cuarciticas duras

Insertos duros:

de forma cnica

de mnima ext

con mxima

resistencia

Insertos duros:

accin trituradora

Inserto tipo duro

provisto de baleros

grandes con una

seccin de concha

gruesa

Solamente acci n

trituradora y

fracturadora

Insertos tipo medio

previsto de una

seccin de concha

ms gruesa para

mayor resistencia

Guia para la seleccin de barrenas de Carburo de tungsteno



46/50

Durezade la

formacin

Tipode

barrena

Tipode

roca

Estructuracortadora

Exentricidado ngulo del

cono

Tamao de losbaleros y espesor

de la concha

Astillado

triturado

Rascado

raspado

Formacin:

Suave

111, 114

116, 121

124, 126

Formaciones blandas

que tengan poca

resistencia compresiva y

alta perforabilidad:

Lutitas suaves,

arcillas, lechos rojos,

sal calizas suaves y

formaciones no

consolidadas

Formacin:

Media a

Suave

131, 134

136, 211

214, 216

ormac ones suaves

con intercalaciones de

estratos mas duros:

Lutitas o arenas no

consolidadas, lechos

rojos, sal anhidrita,

etc.

Formacin:

Media aSuave

221, 224

226, 231

234, 236241, 244

246

Formaciones medias aduras:

Lutitas arenosas y

calizas

Dientes de

longitud media

menos espaciados

Excentricidad

media con accincombinada

raspado y

triturado

Baleros y espesorde concha mediano

para cargas sobre

barrena moderadas

Formacion:

Dura

311, 314

316, 321

324, 326

341, 344

346

Formaciones medias

duras, duras abrasivas y

duras:

Dolomias, caliza dura

y lutita dura

Dientes de

longitud corta

poco espaciados

para accin

triturante con

mxima

resistencia a la

ruptura

Rodillos rectos

para accin de

astillado

Baleros grandes y

conchas gruesas

para soportar

grandes cargas

Guia de seleccin para barrenas de dientes de acero

Dientes largos

y espaciados

para

penetracion

profunda:

Se utiliza eldiseo

interrumpidos

para una

mejor limpieza

y mayores

velocidades

de penetracin

Exentricidad

mxima en

los conos

deseado

para generaruna accin

de raspado

y alta

velocidad de

penetracin

en

formaciones

suaves

Generalmente sonbaleros pequeos

y conchas

delgadas para

permitir dientes

ms largos para

incrementar la

velocidad de

penetracin

Accin cortadora






47/50




Tipo de

Formacin

Tipo de

Roca

Barrenas

PDC

Barrenas

D.N.

Barrenas

TSP

Formacin suave con capas

pagajosas y baja resistencia

compresiva

Lutita

Marga

M 314, M 611

M 612, M 672

M 342

Formacin suave con baja

resistencia compresiva yalta perforabilidad

Marga, Sal

AnhidritaArcilla

M 312

M 645

D2 RI

D1 X2

Formacin suave a media con

baja resistencia compresiva con

intercalaciones duras

Arcilla

Arena

Yeso

M 646

M 346

M 256

D2 R2

M 263

T 2R8

T 646

Formacin media a dura densa

con alta a muy alta resistencia

compresiva pero no abrasiva con

pequeas capas abrasivas

Arcilla, Mudstone

Arenisca

Caliza, Dolima

Anhidrita

D 2X5

D 4X6

T 2X8

T 2R8

Formacin dura y densa con muy

alta resistencia compresiva y

algunas capas abrasivas

Siltstone

Arenisca

Mudstone

D 5X9

D 4X9

D 560

Formacin

extremadamente dura

y abrasiva

Cuarcita

Volcnica

D 560

Guia de seleccin para barrenas de diamante



48/50



f . Seleccin del dimetro de la barrena

El programa de dimetros de barrenas depende de los dimetros de las tuberas de

revestimiento. Las barrenas estn disponibles en casi cualquier dimetro deseado, salvo las

barrenas no estndar o fuera de lo comn.

La siguiente figura puede usarse para seleccionar los dimetros de las barrenas y tuberas de

revestimiento para casi todos los programas de perforacin.

Ejemplo: Usando la figura (de la diapositiva siguiente) realizar la seleccin de dimetros de

barrenas y tuberas de revestimiento para un pozo que terminara en TR de 4 pg y se

requerirn instalar 5 tuberas adicionales.

Tubera

pg

Barrena

pg

Tubera

pg

Barrena

pg

4 1/2 6 - 5 7/8 4 1/2 6 1/8 - 6 1/2

7 8 1/2 7 5/8 9 1/2

9 5/8 12 1/2 10 3/4 14 3/4

13 3/8 17 1/2 - 18 1/2 16 20 - 22

20 26 24 30

Primer arreglo Segundo arreglo



49/50

4 5 4 5

6 5/8 7

4 5 7/8 6 1/8 6 7 7/8

7 7/8

7 5/8

7

2016

8 5/8 9 5/8

8 12 9 10 5/88

8 5/89 5/8

9 7/810 11

11 7/813 3/8

14

10 12 14 17

11

11 7/813 3/8

14

14 17 20 26

16 20 24 30

TUBERIA

REVESTIMIENTO

BARRENA

BARRENA

TUBERIA

DE

REVESTIMIENTO

TUBERIADE

REVESTIMIENTO

BARRENA

BARRENA

TUBERIADE

REVESTIMIENTO

TUBERIA

REVESTIMIENTO



Gua para la seleccin del dimetro de la barrena



50/50

Los factores que afectan el desgaste de las barrenas se puede dividir en:Factores geolgicos.- El factor ms importante para la seleccin y operacin de una

barrena es el conocimiento geolgico; la composicin y la resistencia especfica de la roca,

ya que materiales abrasivos en la roca son la causa del desgaste prematuro en toda la

estructura de la barrena.

Factores operativos.- Estos factores deben ser diseados de acuerdo con la geologa por

atravesar y la geometra del agujero. Los principales factores son:

Peso sobre la barrena.- A medida que la barrena perfora los cortadores se van desgastando

por lo que se requiere de mas peso, si el peso aplicado no es el correcto, la barrena tendr

un desgaste prematuro.

Limpieza en el fondo del pozo.- Una limpieza eficiente evita embolamiento de la barrena y

desgaste prematuro por exceso de temperatura.Manejo y transporte.- Sin importar el tipo de barrena, debe moverse de su embalaje y

colocarse sobre madera, nunca se debe rodar sobre la cubierta metlica del piso de

perforacin, sobre todo las de diamante porque son muy frgiles y los elementos cortadores

se pueden daar y reducirse con esto la vida de la barrena.



h. Factores que afectan el desgaste de las barrenas

Documents

Barrenas.pdf