Barrena

Hay dos tipos principales de barrenas disponibles:

1. Barrenas Tricónicas o para Rocas Estas se pueden dividir en Barrenas con Dientes de Acero y de Insertos

2. Barrenas de Cortadores Fijos Estas se pueden dividir en: de diamantes naturales, PDCy TSP

Selección de Barrenas

Los factores a considerar en la selección de barrenas son:

Durabilidad: Se necesita que la barrena dure una cantidad razonable de horas de rotación.

Efectividad: Esta relacionada con la durabilidad, se requiere una barrena que proporcionara la mayor cantidad de pies perforados.

Naturaleza de la Formación: Se pueden conseguir cambios en la formación, por lo que se debe conseguir una barrena que rinda en estas condiciones.

Diseño de las Barrenas

El diseñador de barrenas considerara diferentes variables:

Rodamientos de alta resistencia Carcaza de los conos de alta resistencia Longitud de los dientes de corte

Si el diseñador quiere una barrena con dientes cortas, la carcaza del cono debe ser más delgada y los rodamientos de menor tamaño. El producto final debe ser una barrena que dure el tiempo planeado sin fallas prematuras en ninguno de estos elementos.

Toberas

En todos los diseños de barrenas, las toberas juegan un rol importante en la hidráulica.

Los beneficios de la correcta selección incluyen una mayor limpieza del fondo, menor riesgo de embolamiento, mayor tasa de penetración y menores costos de perforación.

Existen dos tipos de toberas.

Tipo especial para soportar erosión por fluidos abrasivos, turbulencia excesiva o largas horas de perforación.

Las toberas estándar son más fáciles de instalar y se recomiendan en situaciones donde la erosión no es un problema.

El tamaño de los orificios se expresa en incrementos de 1/3 2de pulgada.

Auxiliares

Sustitutos de Levante y Tapones de Levante

Algunos Lastra barrenas no tienen un receso para colocar el elevador. Para esto se utilizan los sustitutos de levante.

Portabarrenas:

Las barrenas vienen con un pin en vez de una caja por lo que se emplea un Portabarrenas que trae conexiones de caja por ambos lados permitiendo que se pueda colocar una lastra barrena en el otro extremo.

Sustituto de Levante apón de Levante

Portabarrenas

Combinaciones:

Algunas partes de la sarta de perforación no tienen la misma rosca por lo que se utiliza una combinación para unirlas.

La posición, tamaño (Calibre completo, inferior o ajustable) y número de

Estabilizadores:

Se utilizan entre los Lastra barrenas para mantener el hoyo derecho o para desviarlo intencionalmente de la vertical. Las aspas del estabilizador están en contacto con las paredes del hoyo mientras la sarta esta rotando.

Estabilizadores de calibre completo, proveen una separación fija de las paredes del hoyo y mantienen los Lastra barrenas centrados en el hoyo reduciendo el pandeo y la flexión. Los estabilizadores incrementan el Torque y el arrastre.

El tipo de estabilizador preferido es el de aspa integral o fija. También se pueden emplear estabilizadores con aspas soldadas para

perforar el hoyo conductor o el superficial dependiendo de la formación. Generalmente se usan en formaciones suaves y siempre por encima del punto de inicio de desvío en pozos direccionales.

Estabilizadores de camisa reemplazable se utilizan únicamente en aquellas partes del mundo donde la logística es un problema (consideraciones económicas). Su principal desventaja es que restringen el flujo en hoyos de tamaño reducido.

estabilizadores en el BHA es determinado por los requerimientos de la perforación direccional. En la sección vertical su propósito es mantener el desplazamiento lo menor posible.

Nota: El estabilizador más cercano a la barrena se puede reemplazar por un

escariador de rodillos si se presenta un Torque excesivo. No se debe colocar estabilizadores en la transición de Lastra barrenas a

HWDP. El uso de estabilizadores dentro de la tubería de revestimiento se debe limitar

al máximo o limitar el período de tiempo. Por ejemplo durante la perforación de cemento.

Escariador de Rodillos Se emplean en la sarta de perforación para estabilizarla cuando es difícil de mantener el calibre del agujero en formaciones duras, profundas donde el Torque representa un problema.

Los escariadores de rodillos no estabilizan tan bien como lo hacen lo estabilizadores integrales. Los pozos tienden a caminar más especialmente si se colocan muy cerca de la barrena. Si se utilizan con una sarta direccional generalmente contribuyen a aumentar la tasa de incremento de ángulo.

El tipo de cortadores que emplean varía con el tipo de formación. Se puede utilizar el cuerpo del escariador para diferentes aplicaciones.

Martillos

3 point 6 point

Se prefieren los martillos hidráulicos de doble acción. Los martillos son usados generalmente desde el revestidor superficial.

El número de horas de perforación y de uso del martillo debe ser registrado para permitir remplazarlo con las horas de uso recomendado por el fabricante. Las horas de uso recomendadas varían dependiendo del fabricante, la desviación del hoyo y tamaño del hoyo.

Posición del Martillo

Se debe utilizar un software especializado para determinar la posición inicial y luego se optimiza considerando todos los aspectos del BHA:

Los martillos no deben estar cerca del punto neutro de la sarta de perforación.

Cuando sea apropiado se debe colocar el martillo con los Lastra barrenas por encima del estabilizador superior. Los martillos no se deben colocar inmediatamente encima de un estabilizador, se debe dejar por lo menos un lastra barrena entre ambos

Se debe colocar un par de Lastra barrenas por encima del martillo. Los HWDP son flexibles y no transmiten el impacto del martillo hacia abajo tan bien como los Lastra barrenas.

Los problemas anticipados también deben influenciar en la colocación del martillo. 1. Si es pegadura diferencial o asientos de llave, entonces se debe colocar

el martillo entre los HWDP para evitar que se quede pegado con el resto del BHA.

2. Si los estabilizadores se están embolando o el hoyo se esta hinchando el martillo se debe colocar por encima de la lastra barrena encima del estabilizador superior.

3. Cuando sé esta perforando en un área nueva donde todavía no se han identificado los problemas más comunes; es un buen compromiso colocar Lastra barrenas en espiral de diámetro menor por encima del martillo.

Los martillos tienen una fuerza de apertura, que debe ser sobrepasada cuando se carga el martillo.

Fuerza de Apertura = Caída de presión bajo el martillo x Área del Tubo lavador. El área del tubo lavador se puede obtener del fabricante.

Aceleradores

Aceleradores se colocan en la sarta por encima del martillo, se utilizan para incrementar la fuerza de impacto ejercida por el martillo.

Consisten en una junta de deslizamiento que al extenderse, comprime un gas inerte (generalmente nitrógeno) en una cámara de alta presión. Entonces el gas bajo presión hace que la herramienta que la herramienta vuelva a su tamaño original. Esto permite que los Lastra barrenas debajo del acelerador se muevan rápidamente hacia arriba.

Los aceleradores son útiles cuando se esta pescando, particularmente en hoyos con alto ángulo donde la sarta se encuentra recostada y existe mucha fricción.

Amortiguador de Vibraciones

Son colocados en la sarta, idealmente directamente sobre la barrena para absorber las vibraciones y cargas repentinas.

Son muy útiles especialmente a poca profundidad cuando sé esta perforando rocas muy duras, formaciones rotas, o formaciones intercaladas muy duras y suaves. Sirve para disminuir el desgaste y las fallas de los diferentes componentes de la sarta (MWD, barrena, etc.).

Ensanchadores y Ampliadores

Los ensanchadores y ampliadores se utilizan para agrandar los hoyos. Un ampliador nunca es tan robusto como un ensanchador pero puede pasar a través de obstrucciones de menor tamaño que el hoyo que va a perforar.

Ensanchadores

Se utilizan para agrandar un hoyo piloto, que se puede requerir por alguna de las siguientes razones:

Se requiere cortar un núcleo, el equipo de corte de núcleos estándar comienza en 12 1⁄4” .

Se requiere tomar registros eléctricos de alta calidad que son difíciles de lograr en agujeros de gran diámetro.

Es más fácil controlar la trayectoria de un agujero de menor diámetro, especialmente en formaciones suaves.

Se requiere perforar a través de una zona de transición o una bolsa de gas. En un hoyo de diámetro pequeño el tiempo de atraso es menor y los influjos son más fáciles de controlar debido al volumen reducido.

También se puede requerir un ensanchador porque el diámetro del hoyo se ha reducido por expansión de la formación, y la barrena requerida no puede pasar. Esto puede ocurrir en zonas con arcillas muy plásticas o sal.

Un ensanchador es utilizado con una barrena piloto o con una guía que indica la dirección a seguir. No existe la necesidad de direccionar el ensanchador ni riesgo de perforar fuera del hoyo piloto. La guía se puede adaptar directamente al ensanchador o una junta por debajo para mayor flexibilidad.

Como una alternativa al ensanchador, especialmente en hoyos de menor diámetro a 17 1⁄2” se puede utilizar una barrena para agrandar el hoyo. Esto no es recomendable en formaciones suaves. En formaciones duras es más probable que la barrena siga el camino con menos resistencia pero es necesario medir la desviación del pozo frecuentemente para asegurarse que la barrena sigue la trayectoria del hoyo piloto.

La mayoría de los ensanchadores utilizan conos, con dientes de acero o de insertos de carburo de tungsteno dependiendo de la formación. Están disponibles de 8 3/8” (hoyo piloto de 6”) hasta 48” (hoyopilotode171⁄2”).El número de conos(de3a8) es función del tamaño del hoyo.

Los ensanchadores de cortadores fijos están disponibles para diámetros mas pequeños (menor a 17 1⁄2”). Estos remueven el riesgo de perder conos dentro del hoyo y pueden cortar en una dirección hacia arriba si esto es necesario.

Ampliadores

Las aplicaciones típicas incluyen:

Abrir el hoyo baja la Zapata, para proveer un espacio anular más amplio para cementar el próximo revestidor. Esto permite utilizar un revestidor

intermedio de mayor longitud de lo que se podría con el agujero de tamaño convencional.

Restricciones en el tamaño de los Preventores o el Cabezal. Agrandar el tamaño del anular de la zona productora para colocar un

empaque de grava. Abrir un bolsillo para realizar un “Sidetrack” Reducir la severidad del agujero Agrandar zonas de problemas como fallas.

Como el ampliador tiene que pasar por un diámetro reducido, tiene incorporado cortadores expandibles que permanecen colapsados mientras se mete la herramienta en el hoyo. Estos cortadores se expanden utilizando el lodo para generar una presión diferencial . Una vez que el hoyo ha sido ampliado hasta la profundidad deseado, se apagan las bombas permitiendo que los cortadores se colapsen nuevamente dentro del cuerpo de la herramienta para poder sacarla fuera del hoyo.

Los ampliadores antes venían con conos pero hoy en día vienen con cortadores PDC. Se pueden utilizar con una guía o con una barrena de menor tamaño al igual que el ensanchador.

Otra alternativa posible son las barrenas bicéntricas (porejemplo81⁄2” X97/8”) que eliminan el riesgo asociado con el ampliador.

Conexiones en la Sarta de Perforación

El requerimiento principal para una conexión es permitir acoplar un conjunto de tubulares para crear una tubería continua de la longitud deseada.

Sin embargo, la conexión también debe considerar ciertos aspectos críticos presentes en la perforación.

1. Debe conectar dos tubos y no desconectarse debido a las actividades normales de perforación.

2. Debe proveer un sello hidráulico de manera que permita bombear fluido de perforación a alta presión sin presentar fugas.

3. Debe soportar el Torque y Flexión normal de las actividades de perforación debido a la rotación y las patas de perro presentes en el pozo sin partirse o desconectarse.

4. Debe resistir a ser conectada y desconecta continuamente bajo las condiciones de un ambiente de perforación.

5. Debe tener una vida útil razonable.

Tipos de Conexiones:

FH = Agujero CompletoNC = Conexión NumeradaIF = Lavado InternoReg = RegularH-9 = Hughes

Resistencia a la Torsión y el Torque de Apriete

La resistencia a la torsión de una junta es función de varias variables.

Estas incluyen la resistencia del acero, el tamaño de la conexión, la forma de la rosca, la forma del maquinado y el coeficiente de fricción de las superficies a unir.

La resistencia a la torsión teórica de una junta se puede determinar a partir de tablas encontradas en la Practicas Recomendadas para una sarta de perforación y limites operacionales” del API.El Torque de apriete se debe basar en aplicar un esfuerzo a la tensión del 50% la resistencia mínima para herramientas nuevas y 60% para las usadas.

Concentración de Esfuerzos

Durante la perforación, la sarta esta constantemente bajo tensión, compresión y torsión.

Cuando la sarta esta en tensión, esta relativamente derecha, sin flexión y el desgaste es mínimo.

Cuando la sarta esta en compresión, esta se dobla severamente y las juntas y paredes de la tubería se desgastan contra el hoyo.

Adicionalmente, la flexión continua produce fallas por fatiga en el cuerpo de la tubería.

Debido a que las juntas son más rígidas y duras, el doblado se concentra en la tubería y las fallas donde se produce el doblado.

Los Lastra barrenas también están sujetos a fatiga como resultado del constante doblado que sufren al rotar dentro del hoyo.

Sin embargo hay una diferencia, el cuerpo del Lastra barrenas es mucho rígido de la junta y como resultado de esto, la mayor flexión ocurre en la junta.

Consecuentemente, la mayoría de las fallas en los Lastra barrenas ocurren en las juntas. Cada vez que un tubular se dobla, las fibras en el exterior del doblez se estiran y colocan en tensión. Las fibras en el interior del doblez son puestas a compresión.

Si se rota la pieza cada fibra para de máxima tensión a máxima compresión en cada revolución.

Si el nivel de esfuerzo es lo suficientemente alto, defectos menores en la superficie empiezan a crecer en t amaño y profundidad cada vez que son sometidos a tensión. El crecimiento progresivo de los defectos de superficie que los transforma en grietas es llamado falla por fatiga.

La falla por fatiga puede ocurrir a pesar de que el esfuerzo que la induce es menor a la mitad de la resistencia del acero.

Esto es un asunto de esfuerzos puntuales cercanos a defectos superficiales, llegando a ser suficientes para causar fallas locales.

La concentración de esfuerzos es el término empleado para describir la condición de un área sometida a esfuerzos debido al doblado y flexión que ocurre en ella.

Ranuras para el alivio de esfuerzos.

El comité de estandarización de la API ha establecido una práctica recomendada para realizar ranuras para el alivio de esfuerzos en las juntas.

Estas ranuras se localizan cerca de la base del pin y en el fondo de la caja justo después del último hilo de la rosca.

La intención de estas ranuras es de aliviar la concentración de esfuerzos en las áreas críticas de doblado/flexión en la caja y el pin del tubular.

Esto se hace removiendo los hilos de rosca innecesarios y remplazándolos con contornos lisos y de amplio radio.

Es esencial que las superficies de las ranuras de alivio estén libres de marcas de maquinado, y otras muescas.