PRINCIPIOS BASICOS BARRENAS

PRINCIPIOS BASICOS

BARRENAS DE PERFORACION REEDHYCALOG

AGENDA • PRESENTACION. • CONCEPTOS BASICOS BARRENAS PDC. • CONCEPTOS BASICOS BARRENAS

BICENTRICAS • CONCEPTOS BASICOS BARRENAS

IMPREGNADAS • CONCEPTOS BASICOS BARRENAS

TRICONICAS. • CONCEPTOS BASICOS DE AMPLIACIÓN DE

AGUJERO: ING. SOFIA REYES. • EXAMEN.

TERMINOLOGÍA PARA ESTA PRESENTACIÓN

EN INGLÉS : BIT

EN CASTELLANO : TREPANO : BARRENA : BROCA

: MECHA

BARRENABARRENA ?

TIPOS DE BARRENAS

Barrenas PDC (Cortadores Fijo) Barrenas Triconicas

(Partes Móviles)

Otras Herramientas ReedHycalog.

Bicenter ó Bicéntricas

Impregnadas (Motor y Turbina)

Ampliadores Excentricos

Ampliadores Hidraúlicos Concéntricos (AnderReamer)

V-Stab

Black Box

ALETA

BOQUILLA O TOBERA

AREA DE DESALOJO DE RIPIOS

PARTES BARRENA PDC

• (Policrystalyne Diamand Compact).

TIPOS DE BARRENAS PDC

• BARRENAS CON CUERPO DE MATRIX

O CARBURO DE TUNGSTENO. • BARRENAS CON CUERPO DE ACERO.

BARRENAS CON CUERPO DE MATRIX O CARBURO DE TUNGSTENO.

BOQUILLA INTERCAMBIABLE

CORTADOR • DE LA CARA • DEL CALIBRE • RIMAR SALIENDO

BOQUILLA FIJA

NUCLEO DE ACERO

RANURA PARA SOLDAR

BISEL

RANURA PARA PLACA DE SUJECION

CARA DE ENROSQUE

ESPIGA API

RECINTO DEL VASTAGO

VASTAGO

CONO

MATRIZ DE CARBURO DE TUNGSTENO

NARIZ O TROMPA

FLANCO

HOMBRO

DIAMANTES DE PROTECCION DEL CALIBRE

BARRENAS CON CUERPO DE ACERO.

BOQUILLA INTERCAMBIABLE CORTADOR

• DE LA CARA • DEL CALIBRE

BOQUILLA FIJA

BISEL

RANURA PARA PLACA DE SUJECION

CARA DE ENROSQUE

ESPIGA API

RECINTO DEL VASTAGO

VASTAGO

CONO

CUERPO DE ACERO

NARIZ O TROMPA

FLANCO

HOMBRO

INSERTOS DEL CALIBRE CALIBRE

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Tipo de Perfil

Estructura de Corte

Cuerpo

Numero de Aletas Material del Cuerpo Estabilidad

Hidráulica Calibre

Barrena

Tamaño Cortador


• Perfil de la Barrena. – Cono

• Cono Profundo, Mayor Estabilidad. – Nariz.

• Densa, Mayor Durabilidad. – Hombro.

• Hombro Largo, Mayor cantidad de cortadores – Perfil Recto, Mayor Estabilidad.

CONO NARIZ O TROMPA

FLANCO


• Características del Cono

Deep Cone - Greater Stability

Shallow Cone - Greater Steerability

• Steerability/ROP/Stability Profile Anisotropy Index Description

A 1 Long TaperB 1.31 Medium TaperC 1.44 Short-medium TaperD 1.56 Short TaperE 1.59 Short-flat TaperF 1.69 Flat

PERFILES COLA DE PESCADO CORTO

MEDIO LARGO

SELECCION DE CORTADORES

• OBJETIVOS DE DISEÑO

• PERFORAR AMPLIA GAMA DE FORMACIONES.

• BRINDAR CONSISTENTEMENTE ALTA ROP.

• LARGA VIDA PARA LA BARRENA. • BAJO COSTO.

•NORMALMENTE SE REQUIERE UN BALANCE

CANTIDAD DE CORTADORES Vs. DUREZA DE LA ROCA

ROP

No of Cutters Cost

Bit Life

+ -

+ -

- -

+ +

CANTIDAD DE CORTADORES Vs. DUREZA DE LA ROCA

Fewer Cutters

Smaller Cutters

More Blades

More Cutters

Larger Cutters

Fewer Blades

Soft Hard

TAMAÑO DE CORTADORES

8 mm 11 mm

13 mm 16 mm

19 mm

8 mm 11 mm

13 mm 16 mm

19 mm

19 mm 13 mm

8 mm 13 mm 19 mm

TIPOS DE CORTADORESCILINDRO POSTE O BASTON

Manufactura de Diamante Sintético y PDC.

Diamante y Grafito

• Las dos formas sólidas del Carbono son Grafito y Diamante

• La diferencia principal entre estas dos formas es la estructura cristalina

• El Grafito es eslanzado en dos dimensiones, haciéndolo débil y suave

• El Diamante es firmemente enlazado en tres dimensiones y es duro y quebradizo

Diamante

Grafito

Estructuras Atómicas

• El diagrama de equilibrio del carbono muestra que el diamante es estable a altas presiones y temperaturas.

• El grafito es estable a presión y temperatura ambiente.

• El diamante no es estable a temperatura ambiente y se con-vertirá en Grafito si se calienta

• Por lo tanto, para hacer diamante sintético (y PDC), se requieren altas temperaturas, donde el diamante es estable.

Diamante y Grafito

Diamante Monocristalino Sintético

• 1954 – Primer proceso repetible – Material logrado a relativa baja presión y temperatura

Fundamentos de la Manufactura de PDC

• Cobalto proveniente del subestrato de carburo se funde y se infiltra en en el polvo de diamante

• Esto hace que las partículas de diamante se unan entre sí.

• De esta forma, partículas de diamante monocristalino se aglomeran en una única masa policristalina (PDC)

• El cobalto tambien forma un enlace con el subestrato de carburo de tungsteno, dando como resultado un componente integral • Despues del ciclo de prensado, se deja enfriar el cubo y entonces se abre

Carburo de Tungsteno cementado con Cobalto

Mezcla de Cobalto/Diamante en la interfaz

Capa de Diamante Policristalino

Fundamentos de la Manufactura de PDC

Fundamentos de PDC

• PDC significa Compacto de Diamante Policristalino • Los components del PDC consisten en una capa de diamante policristalino unido a un subestrato de carburo de tungsteno cementado con cobalto • La estructra completa se conoce como „Compacto‟

Manufactura de PDC en ReedHycalog

• ReedHycalog se distingue actualmente en que somos los únicos que diseñamos y fabricamos todos los cortadores PDC usados en nuestras brocas.

• El Grupo de Producción de ReedHycalog cuenta con más de 50 especialistas

• Este enfoque estratégico representa una enorme inversión en gente y equipo

• Las prensas utilizadas cuestan más de 1,5 MM $ cada una

• ReedHycalog actualmente tiene 3 prensas

Prensa de PDC

El proceso de “enlatado”• Polvo de diamante, teniendo una

mezcla específica de cierto tamaño de partículas, se coloca en una “lata” de metal refractario

• Se coloca dentro de una caja especial en una atmósfera inerte

• Un subestrato de carburo de tungsteno es entonces colocado en el tope del polvo de diamante

• Una segunda lata externa es colocada sobre el subestrato

• Seguidamente el ensamblaje de la lata es sellado mecánicamente para extraer todo el aire

El proceso de “enlatado”

Ensamblaje del cubo

• Dos ensamblajes de latas se colocan dentro del cilindro calentador de grafito con anillos de sal

• La sal se usa para aislar las latas y sus contenidos de la corriente eléctrica que pasará a través del calentador de grafito

• El ensamblaje del calentador se coloca dentro de un cubo de Pirofilita (Pyrophillite)

Cilindro calentador de Grafito

Anillos de Sal Ensamblaje de la caja

• Una termocupla se inserta dentro

del ensamblaje para supervisar la temperatura.

• El cubo ensamblado se pinta con un material de alta fricción antes de ser colocado en la prensa

Ensamblaje del cubo

Proceso de prensado del PDC • El cubo conteniendo el ensamblaje

con las latas se coloca dentro de la prensa

• La prensa comprime el cubo hasta alcanzar una presión interna de 70 Kbar (1.000.000 psi)

• Se hace pasar corriente Electrica a través del calentador para obtener una temperatura de 1400ºC (2500ºF)

Proceso de esmerilado y pulido • El compacto PDC se le somete a un

chorro de arenisca (grit blasted) para remover las rebabas

• El diámetro del componente es esmerilado y la cara de diamante es pulida

• Los cortadores PDC se colocan en un equipo para pulido

• El proceso de pulido le da una cara lisa y suave a los cortadores

• Esto también asegura que las superficies estén planas para facilitar una inspección de calidad detallada

Proceso de esmerilado del bisel • Cada cortador se coloca en un equipo especial • Se mecaniza un micro-bisel muy preciso alrede-

dor del borde del PDC

Control de Calidad

• 100% Visual • 100% Ultrasónico • 100% Tinte penetrante • 100% Dimensional

– Diámetro – “Planura” de la cara del PDC – Uniformidad y redondez

CORTADORES PDC • Un cortador PDC se hace mediante la

fusión de micro- partículas de diamante sintético (polvo de diamante) a una presión de 1 millón de lbs/plg2 y 1400ºC (2.500 °F) sobre un subestrato de carburo de tungsteno.

Carburo de Tungsteno

Diamante

1 MM lbs/plg2

1.400°C

A alta temperatura y presión

INTERFAZ

Carbide Substrate


Subestrato de Carburo de tungsteno


Subestrato de Carburo de tungsteno

A temperatura y presión ambiental

ENFRIAMIENTO

PDC de Interfaz plana (NPI)

Altos esfuerzos de tensión en la interfaz entre materiales

Altos esfuerzos compresivos en el diamante. Hace al diamante más duro.

Menores esfuerzos compresivos mientras más distante de la interfaz en el diamante más ancho. Menor resistencia al impacto

Esfuerzos Inherentes al proceso son mayores mientras más gruesa es la capa de PDC

• Interfaz No plana (“NPI”) reduce los esfuerzos en la interfaz entre el subestrato de carburo de tungsteno (C.T.) y el diamante policristalino

Interfaz No Plana (NPI)

• Interfaz No-Plana – Distribuye los esfuerzos de la interfaz – Reduce los esfuerzos máximos

puntuales – Incrementa La Resistencia al impacto – Paso de avance hacia “TRC”.

• Análisis de Elementos Finitos (FEA), pruebas de labora-torio y de campo han demostrado que el diseño NPI “Iris” reduce los esfuerzos entre el C.T. y el PDC – Por lo tanto mejora la resistancia al impacto

Diseño de Subestrato “Iris”

Cortadores TReX

• Capa Ultra Resistente al desgaste es térmicamente estable

• 400% más resistente a la abrasión que el PDC multimodal.

NPI Premium

Capa Ultra-Resitente al desgaste

0

0.5

1

1.5

2

0 0.5 1 1.5 2

MultiModal

NPI

Resistencia Relativa al Desgaste

Dur

eza

Rel

ativ

a

Top Right Corner (Esquina Superior Derecha)

T-REX

TReX vs. PDC

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

0 10 20 30 40 50 Pies

RO

P

TReX

PDC NPI

PDC Plano

Top Right Corner (Esquina Superior Derecha)


Capa Termoestable Ultra Resistente al desgaste

Subestrato de Carburo de Tungsteno

T-REX

Capa Ultra Resistente a la Abrasión • 400% más vida abrasiva • Termo estable 40% más vida Labio o borde aumenta el esfuerzo sobre la roca en el borde de corte

40% más ROP

Ventajas de TReX

• Perfora formaciones que previamente no ran perforables con PDC

• La inversión de la perforación se ha modificado debido al 40% más vida y ROP

• Menos viajes • Reduce costos de perforación

• Lleva la tecnología TReX al nivel superior.

• Para formaciones muy abrasivas

• Mantiene ROP por mayor tiempo

CONSIDERACIONES DE DISEÑO DISEÑO

ANGULO DE ATAQUE (“BACK RAKE”)

PDC

ALETA

g

El ángulo de ataque es el ángulo generado entre la cara del cortador y la formación, medido en la vertical. •Pequeños ángulos de ataque generan grandes profundidades de corte por lo cual se dice que el cortador es agresivo, ocasionando generalmente alto torque, un desgaste acelerado y grandes riesgos de daño por impacto.

•Altos ángulos de ataque generan profundidades de cortes pequeñas, torque reactivos relativamente bajas, buena ROP, y reduce el riesgo de daño por impacto.

ANGULO LATERAL

El ángulo lateral es la medida equivalente de la orientación del cortador de izquierda a derecha, siendo usualmente medidas relativmente pequeños.

BROCAS HÍBRIDAS FUNCION DE LOS HÍBRIDOS

• AUMENTAR ESTABILIDAD. • DISMINUIR TORQUE. • PROTECCION DE CORTADORES. • PROTECCION DEL CALIBRE. • AUMENTAR VIDA DE LA BROCA.

CUERPO DE ACERO CUERPO DE MATRIZ


ALETA ALETA

HÍBRIDOS

BROCAS HÍBRIDAS

SECUENCIA DE PERFORACION

ETAPA 1 ETAPA 2 ETAPA 3

CUERPO DE LA BROCA FUNCIONES DEL CUERPO

• SOSTENER CORTADORES Y BOQUILLAS • RESISTENCIA A ESFUERZOS EN EL HOYO • CONTROL DEL FLUJO • UNION A LA SARTA DE PERFORACION • VIDA DE LA BROCA • RESISTENCIA A ESFUERZOS EN EL HOYO • EXACTITUD DE CONSTRUCCION • CAPACIDAD DE REPARACION • LONGITUD DE LA BROCA

FUNCIONES DE LAS ALETAS

• SOSTENER LOS CORTADORES E

HIBRIDOS • AUMENTAR EXPOSICION DE

CORTADORES • SOPORTAR CARGAS

AXIALES/LATERALES • DEFINIR DIRECCION DE FLUJO

PROTECCION DEL CALIBRE: CUERPO DE ACERO

CUERPO DE MATRIZ

LONGITUD DE LA BARRENA

CUANDO ES IMPORTANTE

• PERFORACION DIRECCIONAL RADIO CORTO

• ACERCAR EL MOTOR A LA BROCA • ESTABILIZACION MUY CERCA DE LA

BROCA • PERFORACION HORIZONTAL

Sistema “Rotary Steerable”

• Herramienta de fuerza lateral o empuje de la broca

• Los “pads” se extienden dinámicamente

• Aplica Fuerza direccional Lateral

• Curvatura definida por 3 puntos de contacto

• Modelo “Push the Bit” (Empujando la broca)

Point The Bit (Apuntando la broca)

– Desvío de un eje impulsor contínuamente rotando dentro de una carcasa no rotatoria

– Se mantiene el eje de la broca en una posición inclinada con respecto a la dirección del hoyo

– Curvatura definida por 3 puntos de contacto

•“PowerDrive Exceed”

Sistema “Rotary Steerable”

– Rotación Contínua – Independiente del torque de

la broca –Tool face –Back rake

– Mejora la transferencia de peso

– Control Direccional 3D – Cambios mientras se perfora

–Hoyo más limpio y liso

–Eficiencia de perforación mejorada

Aplicaciones

– Pozos Direccionales

– Secciones Tangenciales

– Pozos tipo “Extended Reach”

Diseños de barrenas para RSS

•Direccionabilidad (Steerability)

•Estabilidad

•Durabilidad

– Perfil de la barrena, longitud del calibre

– Muy alta capacidad de Corte Lateral

– Lateral

– Torsional

– Desde el zapato hasta TD

– Extender La vida útil de la barrena

Conceptos Básicos

Zona 4:Calibre

Zona 3:Hombro

Zona 1:Cono Zona 2:Nariz

Características de Diseño

“Backrake” de los cortadores – Para estas barrenas:

– “Backrake” muy agresivos – Eficiencia de perforación mejorada – Aumento de “ROP”

– Areas clave: – “Backrake” en la nariz para mejorar “ROP” – “Backrake del hombro y calibre para maximizar la

capacidad de corte lateral.

Actual Wear Graph - Bit A v Bit B

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100 120Radius

% W

ear

Poly. (Bit A)

Poly. (Bit B)

Cortadores Secundarios – Cantidad de cortadores secundarios

optimizada

– Permite el uso de perfiles muy cortos y direccionables, manteniendo la densidad de cortadores

– Estudios de campo muestran 50% menor desgaste

– Prolonga la vida útil de la barrena


Radio (mm)

% D

esg

aste

Gráfica Desgaste Real (broca A vs. B)

Híbridos

– Mejoran la Estabilidad

– Colocados en el calibre

– Absorben parte de la carga

– Protegen a los cortadores PDC

– Elementos activos y no pasivos

– Controlan y no limitan

Protegen a los cortadores PDC

Elementos activos y no pasivos


Aleta


– La colocación de cortadores en el área del calibre es “No Agresiva”.

– Limitación de capacidad de motores

Barrenas convencionales

Pasiva

Activa

– Alta densidad – Angulos de ataque (“backrake”) bajos

• 15º Cono-Nariz • 20º Hombro-Calibre

– Alta exposición (3 mm) – Capacidad de corte lateral mejorada

Cortadores en Calibre Activo:

Principio de Direccionamiento

•“Carga y Arrastre”

–El Centro del sistema de direccionamiento siempre está “retrasado” con respecto al centro del hoyo

–Afecta la geometría del calibre y la durabilidad del hombro

Del “Power Drive”

Movimiento de la barrena

Centro del hoyo

Centro del sistema de direccionamiento

Fuerza de los bloques de empuje

Angulo de Inclinación

¿Qué es el Calibre Activo?

• Diámetro del cuerpo reducido

• Cortadores pre-aplanados del calibre reemplazados con cortadores normales

• Protección del calibre se ha eliminado

• Cortadores protegidos por híbridos

• Concentración Máxima de PDC.

„Calibre activo‟

RS130B1 de 12 ¼”

Calibre Activo – Condiciones de desgaste El uso de cortadores cilíndricos completos en el área del calibre para reemplazar la protección convencional no ha afectado la resistencia a la abrasión de dicha área.

RS130B1 Nueva Después de

7.640‟ (2.330m) DLS = 8.5•/100‟

Después de 13.205‟ (4.026m) DLS = 4,5•/100‟

Ventajas del Calibre activo

• El incremento de PDC en el calibre aumenta la Durabilidad

• La región del calibre más agresiva = capacidad mejorada de corte lateral

• Baja resistencia a la fricción en los puntos de contacto de los híbridos potencialmente puede contribuir a aumentar la ROP.

• Flujo adicional alrededor de los cortadores e híbridos ayudará con el enfriamiento y limpieza. „Calibre Activo‟

en RS163 de 8 1/2”

Desventajas del “Calibre Activo”

• “Potencial” para tumbar ángulo (“drop”) en intervalos tangenciales y “horizontales”.

• Configuración Agresiva del calibre pudiera incrementar ligeramente las vibraciones laterales (“Whirl”) como torsionales (“Stick-Slip”)?

“Calibre Activo” en RS163 de 8 ½”

Calibre Activo – Sección Tangencial

Fuerza de corte lateral

Masa + gravedad Calibre Activo

Calibre de Doble Acción “Dual Action Gauge (DAG)”

Diámetro reducido del área del calibre

Cortador completo

Diámetro reducido del bloque del calibre

Cortador completo

Calibre de Doble Acción “Dual Action Gauge (DAG)”

DAG - Durante la construcción

Elemento cortante (Expuesto) toca el hoyo

Cortadores de la cara todavía tocan el hoyo Cortador posterior no toca la formación

Cortadores de la cara en esta posición no tocan formación

0,4º

DAG - Tangente

Bloques del calibre en contacto para resistir caída del ángulo

Cortador expuesto no toca el hoyo

Recomendaciones

Calibre doble acción (Dual Action Gauge) Calibre activo

(Active Gauge)

• Calibre activo ayuda a construir – Puede ser ligeramente perjudicial en secciones tangentes por la tendencia a tumbar ángulo

• La variante “calibre doble acción” es una arreglo opcional

Características de diseño

– Direccionable (“Steerable”): Flanco corto y redondeado, cono poco profundo

– Corte lateral: Maximización de cortadores en hombro y calibre

– Estable: Estabilidad mejorada por el incremento de contacto con las paredes del hoyo via bloques de calibre espiralados. Perfiles planos son mas estables (Warren)

– Longitud muy corta

• Perfil

Consideraciones de diseño

P1 = Estabilizador superior

P2 = Bloques del RS

P3a = Radio corto

broca larga

broca corta

•Longitud corta – Las tasas de construcción y

giro se pueden definir mediante tres puntos de contacto.

– La barrena tiene que estar lo más cercana posible a los bloques de direcciona-miento (“Bias”) de la he-rramienta “RS”.

• Direccionabilidad - Perfil

Cono Profundo – Menor Direccionabilidad

Cono Poco Profundo – Mayor Direccionabilidad


• Direccionabilidad – Longitud del calibre


Perfil de la broca

Diámetro del hoyo

Eje de la broca Eje del hoyo

Angulo de construcción

Perfil de la broca

Diámetro del hoyo

Eje de la broca Eje del hoyo

Angulo de construcción Desplazamiento Lateral (x)

Inicio del calibre

Long

itud

del c

alib

re (

y)

Long

itud

del p

erfil

(z)

Sistema de Clasificación

IADC Barrenas PDC

IADC / SPE 23940

IADC Codigo de Clasificacion Barrenas de Cortadores FIjos

Código de cuatro dígitos.

Diferentes Códigos para barrenas PDC, TSP y Diamante Natural.

M332

IADC Código de Estructura de Corte

Barrenas PDC Primer Dígito: Material del Cuerpo

M : Matrix S : Acero

Segundo Dígito: Densidad de Cortadores 1 : 30 (Densidad de Cortadores Baja) 2 : 30 a 40 (MEdianamente baja Densidad de cortadores) 3 : 40 a 50 (Medium alta densidad de cortadores) 4 : 50 o más (Alta densidad de cortadores)

Barrenas PDC

Cuarto Dígito: PERFIL

1. RECTO 2. CORTO 3. MEDIANO 4. LARGO

Tercer Dígito: Tamaño del Cortador (Diametro) 1: Mayor a 24 mm. 2: Desde 14 a 24 mm. 3: Desde 8 a 14 mm. 4: 8 mm. Diametro PDC

IADC Código de Estructura de Corte

BARRENAS IMPREGNADAS APLICACIÓN

• Tipo de Barrenas de perforación diseñadas para trabajar en condiciones

extremas perforando formaciones con compresibilidades de Medianamente altas a Altas. (35-60Kpsi).

• Los diseños existentes para aplicaciones de barrenas inician en diseños

para aplicaciones con Motores de fondo de Altas Revoluciones, hasta barrenas diseñadas para trabajar con Turbinas.

• Líderes Mundiales en Tecnología de Barrenas Impregnadas con Records Mundiales en ROP en Intervalos Perforado atravesando formaciones con compresibilidades entre (45-55Kpsi)

MOTOR TURBINA

MECANISMOS DE CORTE FORMACIONES DURAS

• Trituración – Abrasión Controlada – Autoafilante

• Duración Efectiva – Aletas altas en vez,

cortadores expuestos de diamantes o de PDC.

– Los conductos de fluido profundos permiten poner Aletas más altas.

Mecanismo de Corte Formaciones Blandas

CIZALLA las lutitas para perforarlas

•El borde de ataque de las aletas cizalla la formación

•Produce cortes muy poco profundos

•Es posible que se tapen los conductos del fluido

•Los diseños de cara más despejada, proporcionan regímenes de penetración (RDP) más altos

DUREZA EN LA MEZCLA DE DIAMANTE-mm

DIÁMETROS EXITENTES EN BARRENAS IMPREGNADAS

BARRENAS TRICÓNICAS

BARRENAS TRICONICAS- PARTES.

IADC Nomenclature

11- to 34-

Dientes Fresados

Formación Series / Tipo

Medianamente Dura a Dura

41- to 84-

Inserto de Carburo de Tungsteno

Cutting Element

Blanda a Medianamente

Dura

IADC Nomenclature

5 3 7

Series Type Bearing Gauge

Special Features

1 1 5 M

IADC – Barrenas de Dientes.

Suave

Medianamente Dura

2

1

3

1-1

1-3

2-1

1

2

3

1

2

3

1

2

3

Serie

s Type

IADC – Insert Bits

8

7

6

4

5

8-3

4-1 1 2 3 1 2 3

1 2 3

Type

1 2 3 1 2 3

Serie

s

CLASIFICACIÓN DE LAS BARRENAS TRICONICAS

PARTES DE LOS COJINETES

MECANISMO DE CORTE

ESTRUCTURA DE CORTE

TIPOS DE CONO

ESTRUCTURA DE CORTE

HIDRAULICA

PRINCIPIOS BÁSICOS

¿Es de Nuestro Interés el Análisis de Vibración?

¿Por qué Es de Nuestro Interés el Análisis de Vibración?

Las vibraciones pueden ser perjudiciales a

causa de:

Desgaste y Falla Prematura de Estructura de Corte en Barrenas

Daño en todos los componentes del BHA. Deficiente calidad en el agujero perforado. Efectos adversos en pozos direccionales.

La Vibración es probablemente el mayor problema encontrado día a día en la Perforación de Pozos a Nivel mundial

Abrasive Wear vs Mechanical Damage

Desgaste (Normal)

Daño Mecánico (Anormal)

Cutting Structure

Inner Outer Dull Char. Location

Bearings/ Seals Gauge

Other Dull

Char.

Reason Pulled

1 2 3 4 5 6 7 8

3 *BC - Broken Cone

BF - LS Bond Failure

BT - Broken Teeth/Cutters

BU - Balled Up Bit

*CC - Cracked Cone

*CD - Cone Dragged

CI - Cone Interference

CR - Cored

CT - Chipped Teeth/Cutters

ER - Erosion

FC - Flat Crested Wear

HC - Heat Checking

*LC - Lost Cone

LN - Lost Nozzle

LT - Lost Teeth/Cutters

OC - Off Center Wear

*PB - Pinched Bit

PN - Plugged Nozzle/Flow Passage

*RG - Rounded Gauge

RO - Ring Out

*SD - Shirrtail Damage

*SS - Self Sharpening Wear *TR - Tracking

WO - Washed Out Bit

WT - Worn Teeth/Cutters

NO - No Dull

Items con color Rojo Inducidos a causa de Vibración

Cutting Structure

Inner Outer Dull Char. Location

Bearings/ Seals Gauge

Other Dull

Char.

Reason Pulled

1 2 3 4 5 6 7 8

BHA - Change Bottom Hole Assembly DMF - Downhole Motor Failure

DTF - Downhole Tool Failure

DSF - Drill String Failure

DST - Drill Stem Test

LOG - Run Logs

LIH - Left in Hole

RIG - Rig Repair

CM - Condition Mud

CP - Core Point

DP - Drill Plug FM - Formation Change

HP - Hole Problems

HR - Hours on Bit

PP - Pump Pressure

PR - Penetration Rate

TD - Total Depth Casing Depth

TQ - Torque

TW - Twist Off WC - Weather Conditions

Items con color Rojo Inducidos a causa de Vibración

Daño de Barrenas por Vibración.

Impacto y daño en los Cortadores.

(chipping/breaking)

Daños por movimientos hacia atrás de la Sarta.

(delamination)

Rompimiento de AletasBlade por movimientos hacia

atrás de la Sarta.

Irregular/Desgaste Prematuro.

Result – Alto costo/pie y problemas con el cliente

Direct Damage to Bit from Bit Whirl

Broken Blade – Whirl??

Bit Whirl and Roller Cone Bits - Cracking Failure

Stick-Slip Dull (1) Accelerated Shoulder Wear

Stick-Slip (2)

Nose Flattened on Large Diameter Bits

Daño del BHA por Vibración.

Choques y Daño a las herramientas MWD/LWD.

Fallas prematuras en el PDM.

Excesivo e irregular desgaste en los Estabilizadores

Falla torsional en subs

Fallas repetitivas por Strees en la Sarta

Desgaste Excesivo en el Casing

Pobre Calidad del hueco por Vibración

BAT-2 Downhole Dynamics

Pobre transeferencia de WOB (reduciendo la

eficiencia en la perforación)

Incremento en los tiempos de viaje por

aumento de Reaming.

Dificultad al Correr Casing

Pobre Calidad en Registros Eléctricos.

Problemas DIreccionales con Vibración. BAT-2 Downhole Dynamics

Comportamiento inpredecible de la Sarta

Pobre trasnferencia de WOB haciendo mas

dificil los trabajos de Sliding.

ReducReduce la eficiencia de las herramientas

RSS.

Genera Interferencia con la señal del MWD.

¿Que es la Vibración? BAT-2 Downhole Dynamics

¿Que puede Generar Vibración?

• Tipo de Barrena

• Parámetros Operacionales (Superficie/Fondo), WOB.

• Diseño de BHA

Basicamente nosotros proveemos Energía a la barrena. La Vibración es la transformación de ésta energía y la manera como ella es transmitida a lo largo del conjunto, siendo algunas veces estática pero destructiva.

Axial Movimiento arriba y abajo de la

sarta formando un eje central

Types of Vibration

Torsional Twisting (Retuerce) la Sarta. Lateral 3D Pendulo como columpio

O combinación de las tres

1 Estructura de Corte Interna.

2 Estructura de corte Externa.

3 Principal Característica de Desgaste (Use Codigo Solo Estructura de Corte)

4 Localización (Donde Ocurre la Principal Característica de Desgaste ).

5 Cojinetes/Sellos (Condition of Roller Cone) ó X= Barrenas PDC.

6 Gage (Cual es el diametro final del Calibre de Barrena)

7 Otra característica de Desgaste (Use Codes)

8 Razon de Salida (Use Codes)

Inner Outer Dull Char. Location1 2 3 4 5 6 7 8

ReasonPulled

Cutting Structure Bearings/Seals Gage Other

Dull Char.

IADC 1992 Dull Bit Grading

1 Estructura de Corte Interna.

2 Estructura de corte Externa.


ReasonPulled


Dull Char.

3 Principal Característica de Desgaste

*BC - Broken Cone

BF –Bond Failure


BU - Balled Up Bit

*CC - Cracked Cone

*CD - Cone Dragged

CI - Cone Interface

CR - Cored


ER - Erosion


HC - Heat Checking

*LC - Lost Cone

LN - Lost Nozzle


NR – Not-Rerunnable


PB - Pinched Bit


RG - Rounded Gage

RR –Re-Runnable

SD - Shirrtail Damage

SS - Self Sharpening Wear TR - Tracking

WO - Washed Out Bit


NO - No Dull Characteristics

* Show Cone #‟s under Location (4)


ReasonPulled


Dull Char.


ReasonPulled


Dull Char.

4 LOCALIZACION Roller Cone Fixed Cutter N – Nose row C – Cone M – Middle row N – Nose G – Gage row T – Taper A – All rows S – Shoulder 1 – Cone #1 G – Gage 2 – Cone #2 A – All areas 3 – Cone #3

5 COJINETES/SELLOS

Cojinete no Sellado Cojinete Sellado

0 - No Life Used E - Sellos Efectivos 8 - All Life Used F - Sellos Fallados

X - Fixed Cutter Bit


ReasonPulled


Dull Char.

6 GAGE Medida en Fracciones de 1/16”

I - In Gage 2/16 - 1/8” Out of Gage

1/16 - 1/16” Out of Gage 4/16 - 1/4” Out of Gage


ReasonPulled


Dull Char.

Two Thirds Rule

Measured distance

7 Other Dull Characteristics (Use all Related Codes)


ReasonPulled


Dull Char.

*BC - Broken Cone

BF –Bond Failure


BU - Balled Up Bit

*CC - Cracked Cone

*CD - Cone Dragged

CI - Cone Interface

CR - Cored


ER - Erosion


HC - Heat Checking

*LC - Lost Cone

LN - Lost Nozzle


NR – Not-Rerunnable


PB - Pinched Bit


RG - Rounded Gage

RR –Re-Runnable

SD - Shirrtail Damage

SS - Self Sharpening Wear TR - Tracking

WO - Washed Out Bit


NO - No Dull Characteristics

* Show Cone #‟s under Location (4)

8 Reason Pulled Or Run Terminated

BHA - Change Bottom Hole Assembly DMF - Downhole Motor Failure

DTF - Downhole Tool Failure

DSF - Drill String Failure

DST - Drill Stem Test

LOG - Run Logs

LIH - Left in Hole

RIG - Rig Repair

CM - Condition Mud

CP - Core Point

DP - Drill Plug FM - Formation Change

HP - Hole Problems

HR - Hours on Bit

PP - Pump Pressure

PR - Penetration Rate

TD - Total Depth Casing Depth

TQ - Torque

TW - Twist Off WC - Weather Conditions


ReasonPulled


Dull Char.

Identifying Cones On A Roller Cone Bit To identify the cones on a roller cone bit:

- Find the cone that has the insert or tooth that is closest to the direct center-line of the axis of rotation of the bit

- That is Cone #1

- Count in a clockwise rotation to find Cone #2 and then Cone #3

132

Identificación de Conos en Barrena Tricónica.

Cone #1

Cone #3 Cone #2 Cone #2 Cone #3

133

BC - Broken Cone

• Cutter Shell Thickness (Too Thin) • Excessive Impact Load

(Dropping, Spudding, Hitting, Junk) • Cracked Cone • Cone Interference • Drilling Environment

(H2S, Corrosion)

BROKEN CONE [IADC BC]

Possible Causes:

BT - Broken Teeth

• Excessive RPM or WOB • Improper Bit Selection • Interbedded Formations • Improper Break-in Of The Bit • Excessive Impact Load • Heat Checking • Cone Interference • Axial Vibration

BROKEN TEETH [IADC BT]

Possible Causes:

BU – Balled Up

BALLED UP [IADC BU]

• Inadequate Hydraulics • Poor Drilling Fluid • Reactive Formations • Improper Bit Selection • Inadequate Cleaning on Connections • Forcing Bit To Bottom With The Pumps

Off

Possible Causes:

CC - Cracked Cone

• Cutter Shell Thickness (Too Thin) • Excessive Impact Load • Excessive WOB • Excessive Hours • Broken, Lost, or Worn Teeth • Overheating / Heat Checking • Erosion • Cone Interference

CRACKED CONE [IADC CC]

Possible Causes:

CD - Cone Dragged

• Bit Balling

• Bearing Failure

• Running On Junk

• Cone Interference

• Pinched Bit

• Insufficient WOB

CONE DRAGGED [IADC CD]

Possible Causes:

CI – Cone Interference

• Bearing Failures • Forced Into An Under Gauge Hole • Reaming An Under Gauge Hole With

Excessive WOB • Forced Into Casing That Does Not

Drift To The Bit Size Used • Bit Pinched In The Bit Breaker

CONE INTERFERENCE [IADC CI] Possible Causes:

CR - Cored

• Excessive WOB • Excessive Hours • Off-Center Wear • Improper Bit Selection • Erosion • Junk Damage • Improper Break-In Of The Bit

CORED [IADC CR]

Possible Causes:

CT – Chipped Teeth

CHIPPED TEETH [IADC CT]

• Commonly a result of Heat Checking on TCI bits

• Similar causes to BT

• If tooth hardmetal is chipped, this is classed as CT

• Location can help determine the cause

Possible Causes:

ER - Erosion

• Inadequate Hydraulics

• Excessive Hydraulics

• Abrasive Formations

• Poor Solids Control

• Abrasive Drilling Fluids

EROSION [IADC ER]

Possible Causes:


• Low WOB

• High RPM

• Tracking

FLAT CRESTED WEAR [IADC FC]

Possible Causes:

HC - Heat Checking

• High RPM

• Reaming At High RPM

• Formation

• Insufficient WOB

HEAT CHECKING [IADC HC]

Possible Causes:

JD - Junk Damage

• Junk From The Surface

• Junk From The Drill String

• Junk From The Previous Bit

• Junk From The Bit Being Run

• Damage Due To Contact With Casing

JUNK DAMAGE [IADC JD]

Possible Causes:

LC - Lost Cone

• Excessive Hours After Bearing Failure

• Excessive WOB • Excessive Impact Load • Broken Cone • Cracked Cone • Broken, Worn, or Lost Teeth • Coring

LOST CONE [IADC LC]

Possible Causes:

LN - Lost Nozzle

• Improper Nozzle Installation

• Mechanical Damage To The Nozzle

• Mechanical Damage To the Nozzle Retention System

• Erosion

• Wrong Nozzle Type

LOST NOZZLE [IADC LN]

Possible Causes:

LT - Lost Teeth

• Erosion • Excessive WOB • Excessive Hours • Cracked Cone • Broken Cone • Drilling Environment

(H2S, Corrosion)

LOST TEETH [IADC LN]

Possible Causes:

OC – Off-Center Wear

• Inadequate WOB

• Slow ROP

• Inadequate Stabilization

• Formation Change From Brittle To Plastic

• Motors or Steerable Systems

• Overbalanced Drilling Conditions

OFF-CENTER WEAR [IADC OC]

Possible Causes:

PB – Pinched Bit

• Forced Into An Under Gauge Hole

• Forced Into An Undersized BOP

Stack

• Forced Into Casing That Does Not

Drift To The Bit Size Used

• Bit Pinched In The Bit Breaker

PINCHED BIT [IADC PB]

Possible Causes:

PN - Plugged Nozzle

• Pumped Foreign Material

• Lost Circulation Material

• Formation Plugging

• Jamming Bit Into The Bottom Of

The Hole With The Pumps Off

PLUGGED NOZZLE [IADC PN]

Possible Causes:

RG - Rounded Gauge

• Reaming An Under Gauge Hole

• Improper Bit Selection

• Excessive RPM

• Off-Centre Wear

• Formation

ROUNDED GAUGE [IADC RG]

Possible Causes:

SD - Shirttail Damage

• Run On Junk • Reaming An Under Gauge Hole • High-Angle Deviated Holes • Off-Center Wear • Inadequate Hydraulics • Inadequate Stabilization • Pinched Bit • Rounded Gauge

SHIRTTAIL DAMAGE [IADC SD]

Possible Causes:

SS - Self Sharpening Wear

• Normal Dull Condition For Tooth Bits Without Full Tooth Coverage

• Leading Flank Hardmetal Wears Off Faster Than The Trailing Flank Resulting In A Sharp Cutting Edge

SELF-SHARPENING WEAR [IADC SS]

Possible Causes:

TR - Tracking

• Formation Changes From Brittle To

Plastic

• Uneven Weight Transfer

• Overbalanced Drilling Condition

TRACKING [IADC TR]

Possible Causes:

WO - Washed Out Bit

• Welder

• Welding Material

• Fatigue On The Weld

WASHED OUT (BIT) [IADC WO]

Possible Causes:

WT – Worn Teeth

180

• Inadequate WOB • Improper Bit Selection • Excessive RPM • Excessive Hours • Inadequate Hydraulics • Tracking • Flat-Crested Wear • Self Sharpening Wear

WORN TEETH [IADC WT]

Possible Causes:

• Cutting Structure Not Graded Higher Than “0”

• No Signs Of Any Other Dulling Characteristics

NO WEAR OR DAMAGE [IADC NO]

SEAL EFFECTIVENESS All dynamic seals leak.

Elastomer Design Constituents

• Shape • Interface • Material

• Hardness • Lubricity • Abrasion Resistance

• Reactivity • Squeeze

• Excessive Hours

• Excessive RPM or WOB

• Uneven Loading

• Gauge Loading

• High Temperatures


SEAL FAILURE Possible Causes:

Offset

Journal Angle

Tooth Placement

Seal Wear

RPM Bit

Size Abrasives

BHA Dynamics

Cut. Str. Condition

Formation (Torque)

Sliding & Rotating

• Contact Stress Magnitude Concentration

• Sliding Speed • Temperature • Contamination

Weight on Bit

Depth

Flow

Hole Condition Bearing Life

Bearing Failure

186

• Excessive Hours

• Excessive RPM or WOB

• Uneven Loading

• Gauge Loading


• Seal Failure

BEARING FAILURE Possible Causes:

Identificación de las Aletas en Barrenas PDC

Para Identificar:

- Buscar el cortador que se encuentre hacia el eje central de la barrena.

- Entonces ésta sera la aleta número 1.

- Se continua numerando las aletas de las barrenas en direccion a las manecillas del reloj

189

Blade #1

Blade #2

Blade #3

Blade #4

Blade #5

Blade #6

Identificación de las Aletas en Barrenas PDC

PARTES BARRENA PDC

BOND FAILURE [IADC BF]

The assembly has failed at the surface where the PDC was bonded to the long substrate. This leaves a clean, smooth surface.

Note: Applies only to PDC bits

BOND FAILURE [IADC BF]

Possible Causes:

• Manufacturing Problem (L.S. Bonding)

• Vibration may initiate damage, but inherent defect

• Overheating (fluid starvation, low flow, large wear flats)

BROKEN POST [IADC BT]

The post has suffered an irregular break.

BROKEN POST [IADC BT] Possible Causes:

• Bit / BHA Whirl

• Other vibration

• Junk

• Drilling into an ultrahard rock (e.g. chert)

BROKEN SUBSTRATE [IADC BT]

A significant part of the cylinder or post is missing.

BROKEN SUBSTRATE [IADC BT] Possible causes:

• Whirl and/or Stick-Slip

• RPM too high

• Flow Rate too low

• Formation too hard and/or abrasive for the bit design

• Bit kept in hole too long

BROKEN CUTTER [IADC BT]

The assembly exhibits a break which passes

through the diamond table and into the

support.

BROKEN CUTTER [IADC BT]

Possible Causes:

• Severe vibration, most commonly whirl

• Anything which can inflict massive impact loading

DELAMINATION [IADC BT/CT]

All or part of the diamond layer has come clean away

from the TC substrate.

DELAMINATION [IADC BT]

Caused by the difference in thermal expansion rates of the Polycrystalline Diamond Layer and the Tungsten

carbide support.

In order to understand this fully, you have to know the basics on how a Polycrystalline Diamond Compact

(PDC) is made

BALLED UP [IADC BU]

The waterways and or junk slots

are locally or totally plugged . This is usually Formation, but may be cement, plug debris or

even junk.

BALLED UP [IADC BU] Possible causes:

• Poor bit hydraulics when drilling reactive clays with WBM

• Poor mud characteristics


• Too much WOB / Bit “spudded” after connection/trip

• Improper Bit selection for application– Volume too small

CORED [IADC CR]

The cutting structure in the

center of the bit has been removed.

CORED [IADC CR]

Possible causes:

• Junk

• Conglomerate, Chert or Pyrite


• Impregs – insufficient WOB when run on motor

CHIPPED CUTTER [IADC CT]

Part of the diamond table and/or the TC

substrate, away from the wear flat,

exhibits a sharp and irregular

fragmentation.

CHIPPED CUTTER [IADC CT]

Possible Causes:

• VIBRATION!!!!!

• VIBRATION!!!!!

• VIBRATION!!!!!

EROSION [IADC ER]

The erosion may be the steel bit body or may even be the

tungsten carbide substrates of the

cutters.

EROSION [IADC ER] Possible causes:

• Flowrate too high

• Too much solids/sand in mud

• Lot of sand in interval drilled–poor solids control equipment

• Hydraulic energy at bit too high

• Can be associated with plugged nozzles/waterways


The Tungsten Carbide of the cutter substrate or the

Matrix bit body exhibits very fine microfractures.


Possible causes:

• Whirl and/or Stick-Slip

• RPM too high



• Bit kept in hole too long


Massive catastrophic

damage to the cutting structure

and/or gauge pads and/or bit body. Check for rust marks on Matrix bodied

bits.


Possible causes:

• What are the common sources of “junk” downhole?

LOST NOZZLE [IADC LN]

The Bit is pulled with 1 or more of

the nozzles missing.

LOST NOZZLE [IADC LN] Possible causes:

• Severe downhole vibrations

• Poor initial installation – improperly seated

• Poor initial installation – not tight enough

• Poor initial installation – too tight, retainer cracked

• O-ring failure / no or incorrect O-ring installed.

BRAZE FAILURE [IADC LT]

The cutter assembly has gone, leaving an

empty pocket

BRAZE FAILURE [IADC LT]

Possible Causes:

• Manufacturing / Repair Problem

• Bit / BHA Whirl

• Other vibration

PLUGGED NOZZLE [IADC PN]

The port or nozzle is plugged with

extraneous material.

PLUGGED NOZZLE [IADC PN] Possible Causes:

• Poor mud properties / mixing at surface

• Bit “spudded” on-bottom

• Reverse circulation / “U-Tubing” effect

• Nozzles or ports too small to handle mud additives

• Downhole tool failure – motor “chunking”

RING OUT [IADC RO]

All or most of the assembly

is missing. This could be, for example, due to wear, mechanical damage or

even erosion.

RING OUT [IADC RO] Possible Causes:

• Formation

• Incorrect Operating Parameters (WOB, RPM, Flow)

• Excessive Bit Hydraulics / Mud properties

• The “V” word (again)

WASHED OUT (BIT) [IADC WO]

The bit has suffered a

failure so that fluid can pass from the inside to the outside bypassing the nozzles/ports..

WASH OUT (BIT) [IADC WO]

Possible Causes:

• Manufacturing defect

• Jarring on stuck bit?


Cutter exhibits normal wear.

• This is how a PDC cutter should look – this is abrasive wear

• No mechanical damage to the Diamond Layer or TC substrate



Cutter exhibits no wear or damage.


• The cutter shows no evidence of wear or damage

CT

BT

BT

&

LT

RO

WT

No Code – Broken Blade

PN

CR

ER and LT

Documents

PRINCIPIOS BASICOS BARRENAS