FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación

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

tuberías que conforman una sarta de perforación, los tipos de roscas utilizados, tipos de

barrenas, sabrá diseñar una sarta de perforación y elaborar un programa de barrenas.


a. Definición

b. Principio de operación

c. Clasificación de las barrenas

d. Barrenas tricónicas

e. Barrenas de cortadores fijos (de diamante)

f. Selección de barrenas

g. Selección del diámetro de la barrena

h. Factores que afectan el desgaste de la barrena

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

BARRENAS

TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”

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

perforación y se utiliza para cortar o triturar la formación durante el proceso de

perforación rotatoria.

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

esenciales: fallar la roca venciendo sus esfuerzos de corte y de compresión. El principio

de ataque se realiza mediante la incrustación de sus dientes en la formación y

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

dependerá del tipo y características de la roca, principalmente su dureza.



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

selección y las condiciones óptimas de operación son las dos premisas esenciales para

lograr el éxito en el proceso de perforación.

a. Definición

b. Principio de operación



Barrenas tricónicas.- El mecanismo principal

de ataque de esta barrenas (de dientes

maquinados o insertos) es de trituración por

impacto fallando la roca por compresión.

Fallan la roca por

esfuerzo de corte

Fallan la roca por

compresión

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. Clasificación de barrenas

Contactar Ranura en cincel +

fractura pequena Escarbado

+ fractura Crater formado

Accion de paleado

Accion de escarbado

Brarrena

triconica Barrena

PDC

Comparativo

Como su nombre lo indica, estas barrenas tienen tres conos cortadores que giran sobre

su propio eje y fueron introducidas entre 1931 y 1933. Varían de acuerdo con su

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

carburo de tungsteno y constan de tres importantes componentes:




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

Dientes fresados

Insertos de carburo

de tugsteno

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 pueden

agrupar en cuatro categorias:

Clasificación de formaciones

Cada categoria o serie se subdivide

en cuatro grados de dureza

Categoria o Serie de formacion

Aunque no es una

regla, normalmente la

abrasividad 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 Abrasividad

Blanda Baja

Media Media

Dura Alta

Extra dura Muy Alta

Abrasividad

8

Triconicas Diamante Natural PDC TSP

Dientes de acero maquinados Piedras Irregulares Compactos Circulares Cortadores geométricos

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 Acero

Chumacera estandar para Bnas de Dientes

Chumacera de Alto Rendimiento para Insertos

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

Diseño para perforacion con aire

Proteccion al Calibre Proteccion al Calibre

Para 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

Descripcion Generica de barrenas para perforacion de pozos.

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

Clasificación de Barrenas

9

Mecanismo de perforacion de las bnas triconicas

Figura # 4.6

Mecánica de corte por cinceleo y

trituración

Figura # 4.2

Conos con Dientes

de Acero maquinados

Insertos de Carburo

de Tungsteno

La perforacion de lleva a cabo como resultado del golpeteo repetitivo de los dientes o insertos

sobre la formación, 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

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 esperados

es necesario que al transcurrir la vida de la barrena se le apliquen las

condiciones de operación 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

disminuirá sensiblemente su capacidad para perforar.

BARRENAS TRICÓNICAS

Barrenas de Perforación

Insertos Dientes maquinados

12

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

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

Caracteristicas de barrenas triconicas

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 conexión roscada que une la barrena

con la tubería.

2. Tres ejes de cojinetes donde van

montados los conos.

3. Los depósitos que contienen el lubricante

para los cojinetes.

4. Toberas u orificios por donde sale el fluido

de perforación para la limpieza del pozo.




Cuerpo de la barrena.- El cuerpo de la barrena

consta de:

Conos

Toberas

Conexión

Código IADC para barrenas tricónicas

Las barrenas tricónicas son las más utilizadas en la perforación petrolera, y para otras

aplicaciones como: pozos de agua, minería y geotermia. Cada compañía tiene sus

propios diseños con características especificas.

Para evitar confusión entre los diferentes tipos de barrenas equivalentes en relación con

sus distintos fabricantes, la Asociación Internacional de Contratistas de Perforación

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

de rodillos de acuerdo con:




El tipo de diente (acero o inserto)

El tipo de formación (en términos de serie y tipo)

Las características mecánicas

Función del fabricante

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

ofrecen los fabricantes. El sistema de clasificación consta de tres dígitos:

El primer dígito.- Identifica el tipo de estructura de corte y también el diseño de la

estructura de corte con respecto al tipo de formación, como se relaciona a continuación:

1. Dientes fresados para formación blanda.

2. Dientes fresados para formación media.

3. Dientes fresados para formación dura.

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

5. Dientes de inserto de tungsteno para formación blanda.

6. Dientes de inserto de tungsteno para formación media.

7. Dientes de inserto de tungsteno para formación dura.

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




El segundo dígito.- Identifica el grado de dureza de la formación en la cual se usará la

barrena y varía de suave a dura como se indica:

1. Para formación suave.

2. Para formación media suave.

3. Para formación media dura.

4. Para formación dura.

El tercer dígito.- Identifica el sistema de rodamiento y lubricación de la barrena.

1. Con toberas para lodo y balero estándar.

2. Toberas para aire t/o lodo con dientes diseño en T y balero estándar.

3. Balero estándar con protección en el calibre

4. Balero estándar sellado autolubricable.

5. Balero sellado y protección al calibre.

6. Chumacera sellada.

7. Chumacera sellada y protección al calibre.

8. Para perforación direccional.

9. Otras.




17

1 2 3 4 5 6 7

Dientes de Acero para Roca Blanda

Dientes de Acero para Roca Media

Dientes de Acero para Roca Dura

Dientes de Insertos

Muy Blanda

Dientes de Insertos Blanda

Dientes de Insertos Media

Dientes de Insertos

Dura

Dientes de Insertos

Muy Dura

7

8

1

2

3

SERIE DUREZA

4

5

6

SISTEMA DE RODAMIENTO

18

1 2 3 4 5 6 7

Dientes de 1

Acero 2

Blanda 3

4

Dientes de 1

Acero 2

Media 3

4

Dientes de 1

Acero 2

Dura 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Muy Blanda 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Blanda 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Media 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Dura 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Muy Dura 3

4

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

7

8

1

2

3

SERIE DUREZA

4

DIE

NT

ES

DE

AC

ER

O

INS

ER

TO

S

5

6


19

1 2 3 4 5 6 7

Dientes de 1

Acero 2

Blanda 3

4

Dientes de 1

Acero 2

Media 3

4

Dientes de 1

Acero 2

Dura 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Muy Blanda 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Blanda 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Media 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Dura 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Muy Dura 3

4

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

7

8

1

2

3

SERIE DUREZA

4

DIE

NT

ES

DE

AC

ER

O

INS

ER

TO

S

5

6


4 BALERO

SELLADO

5 BALERO

SELLADO Y

PROTECCIÓN

AL CALIBRE

6 CHUMACERA

ESTANDAR

SELLADA

7 CHUMACERA

CON PLATA Y

PROTECCIÓN

AL CALIBRE

20

Dientes de 1

Acero 2

Blanda 3

4

Dientes de 1

Acero 2

Media 3

4

Dientes de 1

Acero 2

Dura 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Muy Blanda 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Blanda 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Media 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Dura 3

4

Dientes de 1

Insertos 2

Muy Dura 3

4

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

SUAVE

MEDIA SUAVE

MEDIA DURA

DURA

7

8

1

2

3

SERIE DUREZA

4

DIE

NT

ES

DE

AC

ER

O

INS

ER

TO

S

5

6

1 2 3 4 5 6 7


A – Para perforación con aire

B – Sello 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

21

Estas ilustraciones de

barrenas de cortadores

fijos permitiran por

observacion ubicar las

cinco areas de interes

comentadas. Se podrán

distinguir tambien algunas

diferencias en la zona del

calibre, del cono y algunos

otros detalles. PD

C TSP

Diamante

Natural

PD

C

TSP

Diamante

Impregnad

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 no

debería ser asi

Las barrenas de diamante tienen un diseño muy

elemental, a diferencia de las tricónicas carecen de

partes móviles. Normalmente el cuerpo puede ser de

acero o carburo de tungsteno (matriz) o una

combinación.

El diamante utilizado puede ser natural o sintético,

según el tipo y características de la misma. La dureza

extrema y la alta conductividad térmica del diamante lo

hacen un material con alta resistencia para perforar en

formaciones duras y semiduras.

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

fluido de perforación, su diseño es tal que, el fluido de perforación puede pasar a través del

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

llamados vías de agua o de circulación.

Las vías de circulación en una barrena de diamante no son tan variadas como en una barrena

tricónica donde las toberas son intercambiables.

e. Barrenas de cortadores fijos



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 diseños. El mecanismo de corte es por

fricción y arrastre.

El uso de estas barrenas es limitado salvo en casos

especiales para formaciones duras, cortar núcleos de

formación y como barrenas desviadoras en pozos con

formaciones muy duras y abrasivas. Entre más dura y

abrasiva es la formación, más pequeño será el

diamante. Los diamantes utilizados son redondos pero

irregulares.

Barrenas desviadoras

Corta núcleos




Barrenas de diamante térmicamente estable (TSP)

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

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

por usar diamante sintético de forma triangular, la densidad, el tamaño y

forma del grano son características de cada fabricante.

Barrenas de compacto de diamante policristalino (PDC)

El diseño de los cortadores esta hecho con diamante sintético en

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

barrenas de diamante natural y TSP, su diseño hidráulico se

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

barrenas tricónicas. Por su diseño y características, las barrenas

PDC cuentan con una gran gama de tipos y fabricantes,

especiales para cada formación: 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 más utilizadas.




25

Perfiles basicos de barrenas de cortadores fijos

Decripción 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

Conicidad Cono

Hombro

Nariz

Calibre

Conicidad Cono

Hombro

Nariz

Calibre

Hombro

Conicidad

Nariz Cono

26

Clasificación de formaciones y tipos de barrenas

Figura # 4.1 Bnas de fricción PDC y diamante

Cortadores Fijos

Cuerpo sólido

Piedras de Diamante natural

Compactos de diamante policristalino PDC

Compactos termalmente estables TSP

Proteccion al calibre

Figura # 4.3

Tamaños y diseños

de cortadores TSP

Figura # 4.2 Tamaños y

diseños de cortadores

PDC

Figura # 4.4 Tamaños y

formas de piedras de

diamante natural

27

Clasificación de formaciones y tipos de barrenas

Figura # 4.2 Tamaños y diseños 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 tamaño y numero de cortadores

policristalinos que tiene una bna PDC

sigue la regla de a mayor dureza de la

roca menor el tamaño y mayor el

numero de cortadores.

Los cortadores de 19 mm son

especialmente eficientes perforando

formaciones suaves, no tienen rival. La

operación de estas bnas requiere bajo

PSB, alta velocidad de rotacion y de

manera especial suficiente potencia

hidraulica para evitar el embolamiento.

28

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

Figura # 4.4 Mecánismo de corte de Bnas de fricción PDC, TSP y Diamante

Código IADC para barrenas de cortadores fijos

La IADC desarrollo el código para las barrenas de cortadores fijos que consta de cuatro

caracteres (una letra y tres números) que describen siete características básicas:

1. Tipo de cortados

2. Material del cuerpo de la barrena.

3. Perfil de la barrena.

4. Diseño hidráulico para el fluido de perforación.

5. Distribución del flujo.

6. Tamaño de los cortadores.

7. Densidad de los cortadores.




30

Clasificación 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 primero representa el material del cuerpo.

Acero o Matriz (carburo de tungsteno).

El segundo indica la densidad de cortadores.

En bnas PDC hay 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 diamante el tamaño del cortador se dá 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 pequeños de 7ppk.

31


El tercero de estos carácteres corresponde al tamaño y tipo de cortador.

En barrenas PDC

1 indica tamaño de cortadores mayor a 24mm,

2 indica cortador entre 24mm y 14mm,

3 tamaño entre 14mm y 8mm y

4 cortador mas pequeño 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 cuarto y ultimo carácter representa el perfil del cuerpo de la barrena, asi entonces:

1 representa tanto bnas PDC “cola de pescado” como cara plana de

Diamante natural o TSP

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

Una bna PDC virtualmente plana se identificaría con un 2

Una bna de flanco largo “estilo turbina” se codificaría con un 4

32

M = Matriz

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

1 2 3 4 A = Acero

1 2 3 4 1 2 3 4

6 7 8 1 2 3 4

6 7 8 1 2 3 4

Muy

Ligero

Muy

Denso

Diamante Natural

< 3 ppk 3-7 ppk > 7 ppk

4to. CARACTER

Perfil del Cuerpo

Cola de Pescado o Plana

Corto Medio Largo 24-14 mm 14-8 mm

3er. CARACTER

TSP Combinación Impregnado

Tamaño de las piedras

de Diamante

1er. CARACTER

Material

del Cuerpo

Elemento

Densidad Equivalente a

Cortadores PDC de 12 mm

Ligero Denso

2do. CARACTER

Tamaño

> 24mm

S = Steel

< 8 mm

33


Material del cuerpo M: indica cuerpo de matriz

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

cortadores equivalentes de 12mm

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

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

Las barrenas especiales, como su nombre lo indica se

usan para condiciones muy especificas y así tenemos la

siguiente clasificación:

Barrenas desviadoras.

Barrenas ampliadoras.

Barrenas nucleadoras.



Para el proceso de selección de barrenas es fundamental conocer los objetivos de la perforación.

Los principales aspectos que se deben tomar en cuenta para la selección de barrenas son:




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 rotación aceptable.

La trayectoria del pozo (vertical o direccional).

Economía.- El factor económico es fundamental para la selección de barrenas.




Litología.- Por lo general la información geológica es la primera que se necesita para determinar

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

Diám. 36 " 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)

1 115 S/T 0 50 50 1.5 2 - 4 80 150 1.8 N / A

Diám. 26" Toberas Longitud T.E.B.* P.S.B. Gasto Vel. Pen. Pot. Bna.


1 115 1(18); 3(16) 50 1000 950 40 6-8 160 - 180 900 2.53

Diám. 17 1/2" Toberas Longitud T.E.B.* P.S.B. Gasto Vel. Pen. Pot. Bna.


1 115 2(18); 2(16) 1000 2000 1000 100 13 - 16 120 - 140 800 6.00 1.63

2 115 2(18); 2(16) 2000 2560 560 50 8 - 14 120-140 770 5.36 1.48

3 PDC 6(10);2(11);2(13) 2560 3800 1240 150 6 - 12 140 - 200 750-680 7.26 1.34 - 0.91

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


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

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


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

Diám. 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

Intervalo ( m )R.P.M.



R.P.M.

Intervalo ( m )


Intervalo ( m )

Registro de barrenas

Registro de barrenas .- Un análisis objetivo de los pozos de correlación ofrece la oportunidad de

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

casos la adecuada selección de barrenas. Un adecuado análisis del registro de las barrenas

proporcionan datos de gran valor como:

Factores importantes




Coeficiente de penetración.- El cual es una indicación de la dureza de la roca, no obstante una

selección inadecuada de la barrena puede ocultar las características reales de dureza.

Fluidos de perforación.- El tipo y calidad del fluido de perforación utilizado tiene un importante

efecto en el rendimiento de la barrena. Los fluidos base aceite mejoran el rendimiento (PDC).

Hidráulica.- La hidráulica proporciona el enfriamiento y limpieza a la barrena. El análisis histórico

mostrara los parámetros utilizados y que oportunidades existen para una mejor utilización.

Factores importantes

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

menor costo.



f. Selección de barrenas Factores que afectan la selección de barrenas

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

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

barrena de roles.

Escala de RPM.- Cuando se aplicara alta velocidad de rotación 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

más efectivas, ya que las de diamante se dañan debido al impacto.

Ampliación.- Cuando se requiere la ampliación de un intervalo cuya duración sea mayor de 2 hrs

se deben considerar barrenas de roles.

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

(menos viajes).

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

utilización de barrenas de diamante.

Un procedimiento práctico y sencillo para optimizar la perforación es elegir los parámetros de

perforación tales como: tipo de barrena, peso sobre la barrena y velocidad de rotación, más

que obtener la velocidad de perforación promedio del área.

1. Seleccionar los pozos de correlación.

2. Recopilar la información sobre los registros de las barreas utilizadas en los pozos.

3. Calcular el costo por metro de cada barrena a utilizar.

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

5. A partir de la gráfica seleccionar las condiciones que den el costo mínimo.

CM = CB + CE + (TR+TV)

M

CM = costo por metro perforado, dólares/metro

CB = costo de la barrena, dólares

TV = tiempo de viaje, horas

TR = tiempo de rotación, horas

CE = costo de operación del equipo, dólares/hora

M = metros perforados

TV = 0.0025 Profundidad (m)




Procedimiento

Prof. Ing. Israel López Valdez

Perforado

Programado

En perforacion

A

B

D

C

7

8

5 3

9

2

1 4

6

12

1.- Pozos de correlación




No.

Barrena

Diámetro

pg

Tipo

barrena

Costo

dólares

Prof. Inicial

m

Prof. Final

m

Metros

perforados

Tiempo

rotación

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

Diámetro

pg

Tipo

barrena

Costo

dólares

Prof. Inicial

m

Prof. Final

m

Metros

perforados

Tiempo

rotación

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

De la gráfica se observa que hasta

2000 m aproximadamente, se deben

usar las condiciones de operación 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 2 Pro

fun

did

ad

(m)

Costo 1000 dlls



f. Selección de barrenas 4. Graficar el costo por metro vs profundidad

Existe el concepto erróneo de que una barrena que perfora más metros o que dure más

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

concepto anterior se presenta el siguiente ejemplo:

Peso sobre

barrena

(ton)

Velocidad de

rotación

(rpm)

Metros

perforados

Horas de

rotación

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

dólares la hora.

El costo de la barrena es de:

1,500 dólares.

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




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

mínimo costo por metro es la del caso 2 y es importante notar que no fue la que más

metros perforó (caso 3), ni la que más horas de rotación trabajó (caso 3), ni la que

mayor velocidad de perforación 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




Dureza

de la

Formación

Tipo de

barrena

Descripción de

la formación

Estructura

cortadora

Excentricidad

y ángulo

de cono

Tamaño de los

baleros y espesor

de la concha

Acción

cortadora

Formación:

Medio

Suave

511, 514

516, 521

524, 526

Suaves no consolidadas

baja resistencia a la

compresión y alta

perforabilidad:

Arcillas, lutitas, sal de

intervalos grandes

Insertos blandos

en forma de

dientes

de extención

máxima

Insertos blandos

de acción

raspadora y

Los insertos bandos

proveen conchas

de cono más

delgadas y baleros

más pequeños

Principalmente

raspado

con un mínimo

requerimiento de

astillado triturado

Formación:

Media

531, 534

536, 511

614, 616

Intercalaciones más

blandas de

formaciones duras:

calizas, dolomías y

lutitas arenosas

duras

Insertos medios:

en forma de

cuña de

extensión media

Insertos medios:

acción trituradora

con ligero

raspado

Fundamentalmente

astillado y

rascado con

algo de acción

trituradora

Formación:

Media

Dura

621, 624

626, 711

714, 716

Intercalaciones medias

en formaciones

duras:

pedernal, granito

basalto y formaciones

cuarcíticas

Insertos medios:

en forma de

cuña

de extensión

media

Insertos medios:

acción trituradora

con ligero

raspado

Principalmente

trituradora con

algo de acción

rascadora

Formaciones:

Extremadamente

Duras

721, 724

726, 811

814, 816

Las más duras y

abrasivas:

cuarcitas y arenas

cuarciticas duras

Insertos duros:

de forma cónica

de mínima ext

con máxima

resistencia

Insertos duros:

acción trituradora

Inserto tipo duro

provisto de baleros

grandes con una

sección de concha

gruesa

Solamente acción

trituradora y

fracturadora

Insertos tipo medio

previsto de una

sección de concha

más gruesa para

mayor resistencia

Guia para la selección de barrenas de Carburo de tungsteno

Dureza

de la

formación

Tipo

de

barrena

Tipo

de

roca

Estructura

cortadora

Exentricidad

o ángulo del

cono

Tamaño de los

baleros y espesor

de la concha

Astillado

triturado

Rascado

raspado

Formación:

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

Formación:

Media a

Suave

131, 134

136, 211

214, 216

Formaciones suaves

con intercalaciones de

estratos mas duros:

Lutitas o arenas no

consolidadas, lechos

rojos, sal anhidrita,

etc.

Formación:

Media a

Suave

221, 224

226, 231

234, 236

241, 244

246

Formaciones medias a

duras:

Lutitas arenosas y

calizas

Dientes de

longitud media

menos espaciados

Excentricidad

media con acción

combinada

raspado y

triturado

Baleros y espesor

de 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 acción

triturante con

máxima

resistencia a la

ruptura

Rodillos rectos

para acción de

astillado

Baleros grandes y

conchas gruesas

para soportar

grandes cargas

Guia de selección para barrenas de dientes de acero

Dientes largos

y espaciados

para

penetracion

profunda:

Se utiliza el

diseño

interrumpidos

para una

mejor limpieza

y mayores

velocidades

de penetración

Exentricidad

máxima en

los conos

deseñado

para generar

una acción

de raspado

y alta

velocidad de

penetración

en

formaciones

suaves

Generalmente son

baleros pequeños

y conchas

delgadas para

permitir dientes

más largos para

incrementar la

velocidad de

penetración

Acción cortadora







Tipo de

Formación

Tipo de

Roca

Barrenas

PDC

Barrenas

D.N.

Barrenas

TSP

Formación suave con capas

pagajosas y baja resistencia

compresiva

Lutita

Marga

M 314, M 611

M 612, M 672

M 342

Formación suave con baja

resistencia compresiva y

alta perforabilidad

Marga, Sal

Anhidrita

Arcilla

M 312

M 645

D2 RI

D1 X2

Formación 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

Formación media a dura densa

con alta a muy alta resistencia

compresiva pero no abrasiva con

pequeñas capas abrasivas

Arcilla, Mudstone

Arenisca

Caliza, Dolimía

Anhidrita

D 2X5

D 4X6

T 2X8

T 2R8

Formación dura y densa con muy

alta resistencia compresiva y

algunas capas abrasivas

Siltstone

Arenisca

Mudstone

D 5X9

D 4X9

D 560

Formación

extremadamente dura

y abrasiva

Cuarcita

Volcánica

D 560

Guia de selección para barrenas de diamante



f. Selección del diámetro de la barrena

El programa de diámetros de barrenas depende de los diámetros de las tuberías de

revestimiento. Las barrenas están disponibles en casi cualquier diámetro deseado, salvo las

barrenas no estándar o fuera de lo común.

La siguiente figura puede usarse para seleccionar los diámetros de las barrenas y tuberías de

revestimiento para casi todos los programas de perforación.

Ejemplo: Usando la figura (de la diapositiva siguiente) realizar la selección de diámetros de

barrenas y tuberías de revestimiento para un pozo que terminara en TR de 4 ½ pg y se

requerirán instalar 5 tuberías adicionales.

Tubería

pg

Barrena

pg

Tubería

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

4 5 ½ 4 ½ 5

6 5/8 7

4 ¾ 5 7/8 6 1/8 6 ½ 7 7/8

7 7/8

7 5/8

7 ¾

20 16

8 5/8 9 5/8

8 ½ 12 ¼ 9 ½ 10 5/8 8 ¾

8 5/8 9 5/8

9 7/8 10 ¾ 11 ¾

11 7/8 13 3/8

14

10 ¾ 12 ¼ 14 ¾ 17 ½

11 ¾

11 7/8 13 3/8

14

14 ¾ 17 ½ 20 26

16 20 24 30

TUBERIA

REVESTIMIENTO

BARRENA

BARRENA

TUBERIA

DE

REVESTIMIENTO

TUBERIA

DE

REVESTIMIENTO

BARRENA

BARRENA

TUBERIA

DE

REVESTIMIENTO

TUBERIA

REVESTIMIENTO



Guía para la selección del diámetro de la barrena

Los factores que afectan el desgaste de las barrenas se puede dividir en:

Factores geológicos.- El factor más importante para la selección y operación de una

barrena es el conocimiento geológico; la composición y la resistencia específica 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 diseñados de acuerdo con la geología por

atravesar y la geometría 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 tendrá

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 metálica del piso de

perforación, sobre todo las de diamante porque son muy frágiles y los elementos cortadores

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



h. Factores que afectan el desgaste de las barrenas

FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación

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