barrenas de perforación
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Introducción
La selección de las barrenas de perforación es un aspecto crucial para la operación de todos los proyectos de perforación.
Conocer los diferentes tipos de barrenas y sus respectivas aplicaciones es un prerrequisito para hacer la selección de barrenas.
La perforación de pozos involucra no solo la barrena correcta en la aplicación correcta, sino también operarla con los parámetros de operación correctos.
Dado que la tecnología de barrenas sigue mejorando a un paso rápido, los Supervisores de pozo deben estar actualizados acerca de los últimos avances para asegurar que hacen la selección optima de barrenas.
Al final de este tema, usted podrá:
Identificar los diferentes tipos de barrenas.
Definir los mecanismos de falla para los diferentes tipos de roca.
Describir la clasificación de barrenas de la IADC (International Association of Drilling Contractors) y el código de evaluación de barrenas desgastadas.
Describir el efecto de cambios en el peso sobre la barrena, rpm, diámetro del pozo, peso del lodo y contenido de sólidos sobre el desempeño de la barrena.
Seleccionar las barrenas con base en datos de pozos vecinos.
Efectuar e interpretar Pruebas de Perforabilidad.
Tipos de Barrenas
TricónicasCortadores
fijos
Dientes fresados
Insertos de carburo de tungsteno
P D C Diamante
Diamante natural
T S PDiamante
impregnado
Especiales
Barrenas
Ampliadoras, bicéntricas,
coronas, etc.
Barrenas de Cortadores Fijos (PDC)
Falla por EsfuerzoCortante Continuo
Mecanismo de Falla (Corte)
Cortadores de PDC
Barrenas de Cortadores Fijos Barrena de Diamante Natural
Barrena Impregnada
Falla por Esfuerzo Cortante Continuo (Trituración)
Falla por Esfuerzo por Compresión Continuo (Abrasión)
Rayado y raspado Dientes fresados
Cincelado y trituradoInsertos de Carburo de Tungsteno
Cizallamiento PDC
Surcos Diamante Natural
Molienda Diamante Impregnado
Mecanismo de Perforación Vs Tipo de Barrena
Código IADC para Barrenas TricónicasLa Asociación Internacional de Contratistas de Perforación (IADC) ha desarrollado un sistema estandarizado para clasificar las barrenas tricónicas. Se clasifican de acuerdo con el tipo (dientes de acero o insertos de carburo de tungsteno), la clase de formación para la cual fueron diseñadas y al sistema de rodamiento y lubricación.
Con el fin de evitar confusión entre los tipos de barrenas equivalentes en relación con los distintos fabricantes la IADC creó el sistema (Código IADC), de clasificación de tres dígitos, como se describe a continuación:
El primer dígito: Identifica el tipo de estructura de corte y también el diseño de la estructura de corte y también el diseño de la estructura de corte con respecto al tipo de formación.
El segundo dígito: Identifica el grado de dureza de la formación en la cual se usará la barrena. Varía de suave a dura.
El tercer dígito: Identifica el sistema de rodamiento y lubricación de la barrena en ocho clasificaciones.
Primer dígito
Sistema de corte
Dientes de acero para formación
blanda
Dientes de acero para formación
media
Dientes de acero para formación
dura
1
2
3
Tercer dígito
Sistema de rodamiento
Toberas para lodo y baleros estándar
Toberas aire/lodo y balero estándar
Protección al calibre y balero estándar
Balero sellado autolubricante
Protección al calibre y balero sellado
Chumacera sellada
Chumacera sellada y protección al calibre
Para perforación direccional
Otros
1
2
3
4
5
6
7
8
9
DIENTES DE
ACERO
Segundo dígito
Dureza de la formación
Suave1
Media dura3Dura4
Media suave2
Suave1
Media dura3
Dura4
Media suave2
Media dura3Dura4
Media suave2Suave1
Código IADC para Barrenas Tricónicas
Primer dígito
Sistema de corte
Tercer dígito
Sistema de rodamiento
Toberas para lodo y baleros estándar
Toberas aire/lodo y balero estándar
Protección al calibre y balero estándar
Balero sellado autolubricante
Protección al calibre y balero sellado
Chumacera sellada
Chumacera sellada y protección al calibre
Para perforación direccional
Otros
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Segundo dígito
Dureza de la formación
Suave1
Suave1
Media dura3
Dura4
Media suave2
Media dura3Dura4
Media suave2Suave1
Código IADC para Barrenas Tricónicas
1
4
2
3
1
4
2
3
Media duraDura
Media suave
Media duraDura
Media suave
Suave
Suave
INSERTOS DE
CARBURO DE
TUNGSTENO
4
5
6
7
8
Insertos para formación
muy blanda
Insertos para formación
media
Insertos para formación
blanda
Insertos para formación
dura
Insertos para formación extra dura
Código IADC para Barrenas de Cortadores Fijos
La IADC desarrolló un sistema de codificación para la identificación de barrenas de cortadores fijos que incluye a todos los tipos: diamante natural, compactos de diamante policristalino (PDC) o de diamante térmicamente estable (TSP). Este código consiste en cuatro caracteres (una letra y tres números) que describen las siete características básicas:
Primer caracter: El primer dígito se identifica el tipo de cortador y el material del cuerpo, de la barrena.
Segundo caracter: El segundo carácter corresponde al perfil de la barrena y puede ser entre 1 y 9.
Tercer caracter: El tercer carácter corresponde al diseño hidráulico de la barrena con una escala del 1 al 9, además, dentro de ésta; existe un código de alternativa con las letras R, X y O (flujo radial, flujo cruzado y otros respectivamente).
Cuarto caracter: El cuarto carácter indica el tamaño y densidad del cortador, con una escala del 1 al 9 y 0.
Primer caracter
Tipo de cortador
Material del
cuerpo
Diamante natural Matriz
MatrizP D C
P D C Acero
T S P Matriz
Alta Media Baja
1 2 3
4 5 6
7 8 9
Cuarto caracter
Tamaño y densidad de los cortadores
Tamaño
Grande
Mediano
Pequeño
O = Impregnada
Densidad
Segundo caracter
Perfil del cuerpo
Altura del
flanco
Altura del cono
Alta Media Baja
Alto
Mediano
1 2 3
4 5 6
7 8 9Bajo
De doble centro asimétrico
O =
1 2 3
4 5 6
7 8 9
Tercer caracter
R = Flujo radial X = Flujo cruzadoO = Otro
Diseño hidráulico
Tipo de orificioDistribución de
cortadores
En aletas
En costillas
No agrupadas
ToberasOrificio
fijoSalida abierta
D
M
S
T
Código IADC para Barrenas de Cortadores Fijos
Clasificación IADC - Cortadores Fijos
M432
Densidad del Cortador: PDC de 1 a 4, barrenas de diamante de 6 a 8 (mientras menor sea la cantidad, más ligera será la barrena)
Tamaño de Cortador / Tipo: Para cortador PDC, 1 indica >24 mm, 2 está entre 14 y 24 mm, 3 está entre 8 y 14 mm y 4 es más pequeño que 8. Para barrenas de diamante, 1 representa diamante natural, 2 es para TSP, 3 es una combinación de diamante natural y TSP y 4 es para impregnada.
Perfil: El último dígito indica el estilo general del cuerpo y varía desde 1 (perfil plano) a 4 (estilo de turbina con flancos largos).
Material del Cuerpo: Acero o Matriz.
Los códigos IADC para cortador fijo únicamente tienen la intención de ser un medio para caracterizar el aspecto físico general de las barrenas de cortador fijo. A diferencia de la clasificación IADC para barrenas tricónicas , éstos códigos no representan una guía para la aplicación.
ExteriorForma del desgasteInterior Localización
Estructura de corte Baleros Calibre Observaciones
Estándar Sellados
Chumacera16 avos
Otras características
Justificación del viaje
0 1 2 3 4 5 6 7 8
01
2 3 4
5
6
7
Barrenas de Cortador Fijo
Barrenas tricónicas
La estructura de corte se califica de 0 a 8, dependiendo del porcentaje de la estructura de corte que se perdió (0 = Intacta, 8 = 100% de desgaste).
Cono 1
Cono 2Cono 3
Estructura de corte interior (todas las hileras interiores)
Estructura de corte exterior (únicamente la hilera que determina el tamaño
ExteriorForma del desgasteInterior Localización
Estructura de corte Baleros Calibre Observaciones
Estándar Sellados
Chumacera16 avos
Otras características
Justificación del viaje
Cono roto
Dientes / cortadores rotos
Embolamiento
Cono fracturado
Cono atorado
Cono interferido
Cono nucleado
Cortadores astillados
ErosiónAchatamiento
Barrena quemada
Chatarra
Pérdida de cono
BCBT
BUCC
CD
CICRCT
ER
FCHC
JD
LC
Pérdida de toberas
Cortadores perdidos
Desgaste excéntrico
Barrena apretada
Toberas tapadas
Calibre redondeado
Anillo redondeado
Faldón dañado
Astillamiento natural
Cono rayado
Cono lavado
Cortadores usadosOtras características
LN
LT
OC
PB
PN
RG
RO
SD
SS
TR
WU
WTNO
ExteriorForma del desgasteInterior Localización
Estructura de corte Baleros Calibre Observaciones
Estándar Sellados
Chumacera16 avos
Otras características
Justificación del viaje
C Cono
N Nariz
T Flanco
S Hombro
C Calibre
A Todas las áreas
M Zona media
H Zona inferior
ExteriorForma del desgasteInterior Localización
Estructura de corte Baleros Calibre Observaciones
Estándar Sellados
Chumacera16 avos
Otras características
Justificación del viaje
Estándar
O = Nuevo
8 = 100% usado
Sellados
E = Sello efectivo
F = Falla de sello
X = No existe
ExteriorForma del desgasteInterior Localización
Estructura de corte Baleros Calibre Observaciones
Estándar Sellados
Chumacera16 avos
Otras características
Justificación del viaje
I = En calibre
1/16 = 1/16 de desgaste
2/16 = 2/16 de desgaste
3/16 = 3/16 de desgaste
Etc., etc.
ExteriorForma del desgasteInterior Localización
Estructura de corte Baleros Calibre Observaciones
Estándar Sellados
Chumacera16 avos
Otras características
Justificación del viaje
Cono roto
Dientes / cortadores rotos
Embolamiento
Cono fracturado
Cono atorado
Cono interferido
Cono nucleado
Cortadores astillados
ErosiónAchatamiento
Barrena quemada
Chatarra
Pérdida de cono
BCBT
BUCC
CD
CICRCT
ER
FCHC
JD
LC
Pérdida de toberas
Cortadores perdidos
Desgaste excéntrico
Barrena apretada
Toberas tapadas
Calibre redondeado
Anillo redondeado
Faldón dañado
Astillamiento natural
Cono rayado
Cono lavado
Cortadores usadosOtras características
LN
LT
OC
PB
PN
RG
RO
SD
SS
TR
WU
WTNO
ExteriorForma del desgasteInterior Localización
Estructura de corte Baleros Calibre Observaciones
Estándar Sellados
Chumacera16 avos
Otras características
Justificación del viaje
BHA Cambio aparejo de fondo
DMF Falla en motor de fondo
DSF Falla de sarta
DST Prueba de formación
DTF Falla en herramienta
LOG Registros
RIG Reparación de equipo
CM Condiciones del fluido
CP Cortar núcleos
DP Barrena tapada
FM Cambio de formación
HP Problemas de agujero
HR Horas de rotación
PP Presión de bombeo
PR Ritmo de penetración
TD Profundidad programada
TQ Torque
WC Condiciones climáticas
WD Lavamiento de sarta
Prueba de Perforabilidad
La prueba de perforabilidad es un procedimiento sencillo y práctico que fue propuesto por Lubinski (1).
Tiene muy poco o ningún impacto en el tiempo del equipo y los resultados son inmediatamente aparentes.
El objetivo es encontrar la combinación de peso sobre barrena y revoluciones en la rotaria que produzcan la mayor velocidad de perforación.
Todo lo que se requiere es un reloj con segundero, y un lápiz.
(1) Proposal for Future Tests, A. Lubinski - The Petroleum Engineer, Jan 1958
Procedimiento de la Prueba de perforabilidad
1. Determine el peso máximo que se puede aplicar sobre la barrena en base al tipo y al diámetro, y al peso disponible en la herramienta.
2. Seleccione tres RPM a las cuales desea realizar la prueba.
3. Aplique la primera velocidad de rotación y gradualmente lleve el peso sobre la barrena hasta el máximo recomendado. Si el peso sobre barrena máximo no se alcanza antes de que se presenten altos niveles de torsión, entonces utilice un menor peso.
4. Asegure la palanca del freno del malacate y que permita que el peso colocado sobre la barrena se recupere al perforar. Anote el tiempo que se necesitó para recuperar 2 ton en el peso. El menor tiempo requerido para recuperar las 2 ton, será el peso sobre barrena que dará la mayor velocidad de penetración con la respectiva velocidad de rotación en la rotaria.
5. Pruebe en la misma forma las otras RPM´s.
6. En base a los resultados, seleccione el peso sobre barrena y RPM óptimos.
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