Barrenas

17/07/2014 ING.RAFAEL VIÑAS

RODRÍGUEZ 1

BARRENAS

UNAM

CIENCIAS DE LA TIERRA

“Ingeniería de Perforación”

2014


RODRÍGUEZ 2

Introducción LA BARRENA ES LA HERRAMIENTA CLAVE

PARA LA PERFORACIÓN:SU CORRECTA

SELECCIÓN Y LAS CONDICIONES

OPTIMAS DE OPERACIÓN SON LAS DOS

PREMISAS ESENCIALES PARA LOGRAR

ÉXITO EN EL PROCESO. SE DEBEN

EXAMINAR ADECUADAMENTE LAS

CONDICIONES DE LA FORMACIÓN QUE

SE PRETENDE PERFORAR Y EL EQUIPO

DISPONIBLE.


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DEFINICIÓN

BARRENA ES LA HERRAMIENTA DE CORTE LOCALIZADA EN EL EXTEMO INFERIOR DE LA SARTA DE PERFORACIÓN QUE SE UTILIZA PARA CORTAR O TRITURAR LA FORMACIÓN DURANTE EL PROCESO DE PERFORACIÓN ROTATORIA

INFORMACIÓN REQUERIDA .LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE DE LAS BARRENAS

PREVIAMENTE EMPLEADAS.

LOS RENDIMIENTOS OBTENIDOS EN POZOS VECINOS.

LOS REGISTROS GEOFÍSICOS DE POZOS VECINOS Y DEL MISMO POZO

LOS DATOS SISMICOS DEL AREA.

EL SOFTWARE ESPECIALIZADO EN CÁLCULO Y ANÁLISIS PARA LA SELECCIÓN.

LAS PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN.

LAS TABLAS E INFORMACIÓN GEOLÓGICA

LOS CATÁLOGOS DE BARRENAS.

LOS BOLETINES SOBRE LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS BARRENAS

LAS TABLAS COMPARATIVAS DE BARRENAS

LAS CLASIFICACIONES DE LAS BARRENAS (IADC.-INTERNATIONAL ASSOCIATION OF DRILLING CONTRACTORS)


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PRINCIPIOS.-

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 DE LA BARRENA SE REALIZA MEDIANTE LA

INCRUSTACIÓN DE SUS DIENTES EN LA FORMACIÓN Y POSTERIORMENTE EN

EL CORTE DE LA ROCA AL DESPLAZARSE DENTRO DE ELLA; O BIEN,

MEDIANTE EL CIZALLAMIENTO GENERADO POR LOS CORTADORES DE LA

BARRENA Y QUE VENCEN LA RESISTENCIA DE LA ROCA.

DE AHÍ QUE SE DISTINGUEN DOS TIPOS FUNDAMENTALES DE BARRENAS:

DE DIENTES

DE ARRASTRE

LA FORMA DE ATAQUE DEPENDERÁ DEL TIPO Y CARACTERÍSTICA DE LA ROCA

QUE SE DESEA CORTAR, PRINCIPALMENTE EN FUNCIÓN DE SU DUREZA.


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Tipos de Barrenas Barrenas tricónicas.- Tienen tres conos cortadores que

giran sobre su propio eje. Varían de acuerdo con su estructura de corte, y pueden tener dientes de acero fresado o de insertos de carburo de tungsteno, estas barrenas además tiene un jet que se le llama tobera y consiste en un agujero que envía el fluido de perforación a alta velocidad contra el fondo del pozo para remover y levantar las partículas a medida que la barrena afloja el terreno. La estructura de corte, está montada sobre cojinetes (baleros),los cuales corren sobre pernos, estos pueden ser de balines y rodillos, o sólo de balines, de balero sellado y de chumacera sellada.

Tipos de Barrenas

El espacio permitido a los diferentes componentes depende del tipo de formación que perforará. Las barrenas para formaciones blandas, que requieren poco peso, tienen los cojinetes más pequeños, menor espesor de conos y la sección de las patas más delgada que la de las barrenas para formaciones duras. Esto permite más espacio para dientes largos. Las barrenas para formaciones duras, que deben perforar bajo grandes pesos, tienen elementos de corte más robustos, cojinetes más grandes y cuerpos más vigorosos. Una acción más efectiva para incrementar la penetración en formaciones blandas, se obtiene con la excentricidad de los ejes de los conos. Los conos para formaciones duras deben estar más cerca de un movimiento circular y, por lo tanto, tienen muy poca o ninguna excentricidad.


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Tipos de barrenas

CODIGO IADC (ASOCIACIÓN INTERNACIONAL DE CONTRATISTAS DE PERFORACIÓN) PARA BARRENAS TRICÓNICAS.- Cada compañía fabricante de barrenas tiene sus propios diseños con características específicas por eso esta asociación ha clasificado, seleccionado y estandarizado el uso de las mismas de acuerdo a un código. Se clasifican de acuerdo con el tipo (dientes de acero o de insertos), la clase de formación para la cual fueron diseñadas (en términos de serie y tipo), las características mecánicas, y en función del fabricante. Para evitar confusión entre los tipos de barrenas equivalentes en relación con sus distintos fabricantes la IADC creó el sistema, de clasificación de TRES DIGITOS.


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Tipos de barrenas DIGITOS DEL CODIGO IADC.-

Primer digito.-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 formaciones blandas.

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.


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Tipos de barrenas CODIGO IADC.- Segundo Digito.- Identifica el grado de dureza de la

formación en la cual se usara la barrena. Varia de suave a dura, como se relaciona a continuación:

1.-Para formación Suave

2.-Para formación media suave.

3.-Para formación media dura.

4.-Para formación dura.

Tercer Digito.- Identifica el sistema de rodamiento y lubricación de la barrena en ocho clasificaciones:

1.- Con toberas para lodo y balero estándar.

2.- De toberas para aire y/o lodo con dientes diseño en “T” y balero estándar.

3.- Balero estándar con protección en el calibre.

4.- Balero sellado autolubricable

5.- Balero sellado y protección al calibre.

6.- Chumacera sellada.

7.- Chumacera sellada y protección al calibre.

8.- Para perforación direccional


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Tipos de barrenas

BARRENAS DE CORTADORES FIJOS.-Las

barrenas de diamante tienen un diseño muy

elemental A diferencia de las tricónicas,

carecen de partes móviles. Normalmente el

cuerpo fijo de la barrena puede ser de acero o

de carburo de tungsteno (matriz) o una

combinación de ambos. Son fabricadas con

diamante natural o sintético. La dureza extrema

y la alta conductividad térmica del diamante lo

hacen un material con alta resistencia para

perforar en formaciones duras a semiduras.

Tipos de Barrenas

Las barrenas de diamantes, a excepción de las

barrenas (PDC.-diamante policristalino),no usan

toberas de lodo. Están diseñadas de tal manera que el

fluido de perforación pueda 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, estas tienen dos configuraciones

básicas el flujo contramatriz y el flujo radial.

Esta barrena corta la roca por fricción y compresión.

Por lo general entre más dura y más abrasiva sea la

formación, más pequeño será el diamante que se debe

usar en la barrena.


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Tipos de barrenas

CODIGO IADC Para barrenas de cortadores fijos.- Incluyen 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 NUMEROS que describen siete características básicas:

1.- Tipo de cortadores

2.- Material del cuerpo de la barrena

3.- Perfil de la barrena

4.- Diseño Hidráulico para el fluido

5.- Distribución del flujo

6.- Tamaño de los cortadores.

7.- Densidad de los cortadores.

Este código a diferencia del que se vio para barrenas triconicas no se relaciona con la formación a perforar.


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Tipos de barrenas Barrenas de Diamante Natural.- El uso es limitado en la actualidad

salvo en casos especiales para perforar formaciones muy duras, y cortar núcleos de formación con coronas de diamante natural. Otro uso practico es la aplicación de barrenas desviadoras (side track), para desviar pozos en formaciones muy duras y abrasivas, los diamantes utilizados para este tipo de barrenas son redondos, pero de forma irregular.

Barrenas de Diamante Térmicamente estable (TSP) Son usadas para perforar rocas duras como caliza dura, basalto y arenas finas duras. Son un poco más usadas para la perforación convencional que las de diamante natural. Sin embargo su uso es restringido debido a la dificultad que presentan en la hidráulica, además se generan altas torsiones. Se usan como estructura de corte, diamante sintético en forma de triángulos pequeños no redondos.


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Tipos de barrenas Barrenas de compacto de Diamante Policristalino

(PDC).- Su diseño de cortadores está hecho con diamante sintético en forma de pastillas (compacto de diamante) , montadas en el cuerpo de los cortadores de la barrena, pero a diferencia de las barrenas de diamante natural y las TSP, su diseño hidráulico se realiza con un sistema de toberas para lodo, al igual que las barrenas tricónicas. El mecanismo de corte de las barrenas PDC es por arrastre, es la más usada actualmente. Estas barrenas pueden ser rotadas a altas velocidades, utilizadas con turbinas o motores de fondo, con diferentes pesos sobre barrena.

Tipos de barrenas

Una desventaja de este tipo de barrena son los

problemas de acuñamiento en formaciones deleznables

y en pozos en donde se debe repasar el agujero por

constantes derrumbes de la formación. Una secuencia

lógica para la selección adecuada de una barrena PDC

contempla los siguientes pasos:

Obtener información de los pozos prospecto.

Seleccionar la estructura de corte, cuerpo y perfil de

la barrena.

Elaborar análisis económicos.

Seleccionar el diseño hidráulico


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Tipos de barrenas BARRENAS ESPECIALES.-

Barrenas Desviadoras

Barrenas Monocónicas

Barrenas Especiales.-

Barrenas para perforar con aire

Barrenas Ampliadoras

Barrenas para corte de T.R.

Barrenas especiales para perforar Diam. Grandes

Barrenas especiales para perforar Diam. Pequeños.

El desgaste de una barrena también tiene que evaluarse y para eso IADC estableció un código como puede verse más adelante.

Tipos de barrenas

Para la selección de barrenas se deben considerar los siguientes criterios:

Objetivo de la Perforación

Rendimiento.-máxima cantidad en metros en un tiempo de rotación aceptable.

Direccional.-

Economía.- Énfasis en los costos

Análisis histórico.

Fluidos de perforación

Energía hidráulica.

Restricciones en la Perforación.

Limitaciones del peso sobre la barrena.

Pozos profundos

Tipo de roca


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Tipos de Barrenas Sistemas de Rodamiento.- Existen tres diseños

principales:

Estándar con rodillos y balines

Autolubricados con rodillos y balines.

De fricción autolubricados

El sistema depende de la economía de

aplicación, y en función del lugar donde deberán

ser empleados.

TOBERAS

Es una parte muy importante de la barrena, sin ellas puede que la barrena no funcione bien. Las toberas sirven para circular fluido el cual en primer lugar lleva el recorte a la superficie y en segundo limpia la formación debajo de la barrena.

Las toberas tienen dos objetivos:

1.- Toberas convencionales que dirigen el fluido a los cortadores.

2.- Toberas Jet que dirigen el fluido hasta el fondo del pozo.

TOBERAS

Un problema que se tiene es crear erosión en la

formación con las toberas, esto se puede prevenir

dando los cambios en la dirección del lodo en

forma gradual, la aceleración del lodo debe ser

incrementada gradualmente.

La mayoría de las toberas son construidas de

carburo de tungsteno para minimizar la erosión.

Las toberas deben ser reemplazadas fácilmente;

sus tamaños son menores a la unidad de

pulgada, y su rango varia desde pequeñas de

5/32 ” a muy grandes de 32/32”.

TOBERAS

Lo último en limpieza de las barrenas es usar 4

toberas, una de ellas central ya que ayuda a

tener más limpieza.

Las estadísticas han demostrado que se

incrementa la velocidad de penetración de un

15 a un 17 % particularmente en formaciones

suaves o plásticas.

Las barrenas fabricadas para usar aire tienen

toberas especiales diseñadas para eso.

SISTEMA DE BALEROS LUBRICADOS

Se usan varios sistemas de lubricación en las barrenas con el fin de proteger los baleros.

Al principio se usaba el mismo lodo como lubricante pero se observo que contenía sólidos y la barrena se desgastaba más rápido.

Ahora se utilizan grasas especiales.

Hay dos tipos de lubricación:

La lubricación de baleros normal sin sello, lo cual no previene el desgaste y el balero sellado el cual si lo previene. Las estadísticas han demostrado que estas duran 30 % más.

Desgaste de la Barrena

Es muy importante conocer el desgaste de la

Barrena con el fin de evaluar el último segmento

del pozo perforado y también para poder

seleccionar la siguiente barrena para el siguiente

segmento a perforar.

Hay observaciones cualitativas que se pueden

hacer con una inspección visual:


Una medida muy importante cuantitativa es medir

la barrena con un calibrador; esta se reporta en

32 avos.de pg.


El desgaste en los dientes es una consideración

importante en la selección de las barrenas.

El desgaste solo se refiere a un desgaste uniforme

del diente y no nada anormal (tal como una rotura).

Se mide en octavos de la condición original.-

To.-sin desgaste; T1.-1/8 ; T2.- 2/8 ; T3.- 3/8 ; T4.- 4/8 ;

T5.-5/8 ; T6.- 6/8 ; T7.- 7/8 ; T8.-8/8. Algunas otras

notaciones se usan para describir una condición

especial de desgaste. La formación con T1,T2,T3

tiene un nivel bajo de abrasividad.


CONDICIÓN DE BARRENA NOTACIÓN.

Diente Roto (broken teeth) BT

Embolada (Balled Up) BU

Cono Desgastado(Cone Dragged) CD

Nucleado ( Cored ) CR

Pérdida de material(lost compacts) LT

Fuera de Centro (Off- center) OC

Desgaste Redondo (Rounded gauge) RG

Desgaste uniforme (Uniform wear) UW

Desgaste Fuera de calibración WG

Baleros

Sirven para soportar las cargas impuestas a la barrena.

El desgaste de estos es importante para futuros trabajos, estos se evalúan en octavos de uso.

Por ejemplo un grado B-3 indica que 3/8 de la vida del balero se gasto; sin embargo esto es subjetivo.

El IADC establece algunas guías que sirven como referencia:

Vida del balero Codigo

1/8 B1

2/8 B2

3/8 B3

4/8 B4

Etc.

8/8 B8

Baleros

El IADC ha establecido otras abreviaciones

relacionadas con las condiciones del balero:

Roles Rotos (Broken Rollers) BR

Pérdida de Balines(Lost Bearings) LB

Perdida de Roles ( Lost Rollers) LR

Sello efectivo(Seals effective) SE

Falla de Sello(Seal Failure) SF

Sello Cuestionable(Seals questionable) SQ

CONVERSIÓN DE BARRENAS.

Costos de Perforación.

El Costo Total es la Suma de 3 costos:

Costo de la Barrena

Costo del Viaje

Costo del Equipo.

Entre el tiempo que se requiere para perforar Y

pies.

$/ft = Cb + CrTr + CrTt

---------------------------

Y

Donde: $/ft = Costo por pie (dlls)

Cb = Costo de la Barrena (dlls)

Costos de Perforación

Cr = Costo del Equipo ( dlls/hr )

Tt = Tiempo de Viaje ( hr )

Tr = Tiempo de Rotación ( hr )

Y = Pies perforados ( pies )

PROBLEMAS


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FIN DE TEMA

GRACIAS

Barrenas

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