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BARRENAS DE PERFORACIONPRODUCTIVIDAD DE POZOS EQUIPO 7

INTRODUCCIONLa primera patente correspondiente a la barrena rotativa para formaciones duras se registr en el ao de 1909. esta marco el nacimiento de la industria moderna de las barrenas de perforacin. Para la dcada de 1950, los ingenieros disearon las primeras barrenas tricnicas, las cuales son unas de las ms utilizadas actualmente.

INTRODUCCION En 1970 se introdujeron por primera vez al campo de la perforacin las barrenas de un compuesto policristalino de diamante; las cuales trajeron mejoras como son la resistencia a materiales rocosos mucho ms duros. Anteriormente las barrenas se diseaban para ser utilizadas hasta su destruccin, ahora se busca disearlas para que terminen la perforacin y sigan intactas.CONCEPTO BARRENA: Una barrena es bsicamente una herramienta de corte que se ubica en el extremo inferior de la sarta de perforacin, esta es utilizada para cortar o triturar la formacin durante el proceso de la perforacin rotaria.

SELECCIN DE BARRENASLa eleccin de la barrena correcta se considera clave para el xito de las operaciones de perforacin. La barrena correcta desempea un rol esencial en la optimizacin de la velocidad de penetracin (ROP), lo que ayuda a minimizar los costos del equipo de perforacin y acorta el tiempo existente entre la puesta en marcha de un proyecto y la primera produccin.

SELECCIN DE BARRENASComo se sabe las formaciones rocosas estn constituidas con diferentes materiales que pueden ser de consistencia suave, media, dura y extra dura; por lo cual, antes de seleccionar una barrena para realizar cualquier perforacin debemos contar con cierta informacin que se detalla en los siguientes puntos: Evaluacin de desgaste de barrenas empleadas previamente. Evaluacin de rendimiento de pozos vecinos. Registros geofsicos de pozos vecinos y del mismo pozo (si se tienen). Datos ssmicos del rea. Software especializado de clculo y anlisis para la seleccin. Propiedades de los fluidos de perforacin por emplearse con esta barrena. Tablas e informacin geolgica. Catlogos de barrenas. Boletines sobre las caractersticas de las barrenas. Tablas comparativas de barrenas. Clasificacin de barrena (ejemplo del IADC).

CLASIFICACION DE LAS BARRENASEn la actualidad existen varios tipos de barrenas para la perforacin de pozos petroleros que difieren entre s, ya sea en su estructura de corte o por su sistema de rodamiento, por ejemplo, cuando son de tres conos o por los materiales usados en su construccin. De acuerdo con lo anterior, las barrenas se clasifican en: 1. Barrenas tricnicas. 2. Barrena de cortadores fijos. 3. Barrenas especiales.

CLASIFICACION POR SCHLUMBERGER

CLASIFICACION POR SCHLUMBERGER

BARRENA DE CORTADOR FIJOBARRENA DE CORTADOR FIJOLas barrenas de cortadores fijos son cuerpos compactos, sin partes mviles, con diamantes naturales o sintticos incrustados parcialmente en su superficie inferior y lateral que trituran la formacin por friccin o arrastre. Se dividen en: Barrenas compactas de policristalino de diamante (PDC ) Barrenas de diamante natural Barrenas de diamante Trmicamente estable (TSP)

Son tambin llamadas de diamante, porque su elemento cortante lo forman diamantes industriales incrustados en el cuerpo de la barrena. El diseo del cuerpo de la barrena as como la disposicin y configuracin de las hileras de diamantes ofrecen una gran variedad de alternativas para perforar las diferentes clases de rocas. BARRENA DE CORTADOR FIJOBARRENAS COMPACTAS DE POLICRISTALINO DE DIAMANTE (PDC): Las barrenas PDC pertenecen al conjunto de barrenas de diamante con cuerpo slido y cortadores fijos. Su diseo de cortadores est hecho con diamante sinttico 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 STP, su diseo hidrulico se realiza con sistema de toberas para lodo, al igual que las barrenas tricnicas. Este tipo de barrenas es la ms utilizada en la actualidad para la perforacin de pozos petroleros. El mecanismo de corte de las barrenas PDC es por arrastre. Por su diseo hidrulico y el de sus cortadores en forma de pastillas tipo moneda y, adems, por sus buenos resultados en la perforacin rotatoria. BARRENA DE CORTADOR FIJOBARRENAS COMPACTAS DE POLICRISTALINO DE DIAMANTE (PDC):

COMPONENTES DE UNA BARRENA PDC a) Una conexin roscada (pin) que une la barrena con una doble caja del mismo dimetro de las lastra barrena. b) Numerosos elementos de corte policristalino (cortadores). c) Aletas (en algunos modelos). d) Los orificios (toberas) a travs de los cuales el fluido de perforacin fluye para limpiar del fondo el recorte que perfora la barrena. e) Hombro de la barrena

COMPONENTES DE UNA BARRENA PDC

BARRENA DE CORTADOR FIJOVENTAJASEs ms econmico que las barrenas de diamante natural. Es muy verstil. Cuenta con variaciones para formaciones suaves a duras y diferentes dimetros. Pueden ser rotadas a altas velocidades. Utilizada con sistema rotatorio. Usada con turbinas. Puede utilizarse con motores de fondo. Fcil manejo en condiciones hidrulicas. Tiene alta resistencia a diferentes pesos sobre ella.

DESVENTAJASContribuyen al incremento en el ngulo de desviacin del pozo. Problemas de acuamiento en formaciones deleznables. Se atasca en un derrumbe.

BARRENAS COMPACTAS DE POLICRISTALINO DE DIAMANTE (PDC).BARRENA DE CORTADOR FIJOBARRENA DE DIAMANTE NATURAL:Las barrenas de diamante natural; tienen un cuerpo fijo cuyo material puede ser de matriz o de acero. Su tipo de corte es de diamante natural (el diamante es el material ms duro hasta ahora conocido) incrustado en el cuerpo de la barrena. Presentan una variedad de estilos para perforacin rotatoria y con motor de fondo. Estn diseadas en varios tamaos, grados y concentraciones de diamante natural, dependiendo del uso especfico que se le vaya a dar. El mecanismo de corte de este tipo de barrenas es por friccin y arrastre, lo cual genera altas temperaturas. El tipo de flujos es radial o de contramatriz, con diferentes densidades y diseos como se clasifica en el cdigo IADC. BARRENA DE CORTADOR FIJOVENTAJAS:Muy Durable Capacidad para Roca Dura Perforar en formaciones muy abrasivas DESVENTAJAS:Riesgo de sufrir dao en contacto con residuos metlicos en el pozo Velocidad de Perforacin ms lenta Aplicaciones de costo elevado Genera altas temperaturas. USO:El uso de estas barrenas es limitado en la actualidad, salvo en casos especiales para perforar formaciones muy duras y abrasivas.

BARRENA DE DIAMANTE NATURALBARRENA DE CORTADOR FIJOBARRENAS DE DIAMANTE TERMICAMENTE ESTABLE (TSP): El diseo de las barrenas de diamante trmicamente estable (TSP), al igual que las de diamante natural, es de un solo cuerpo sin partes mviles. Son un poco ms usadas para la perforacin convencional que la barrenas de diamante natural. Este tipo de barrenas usa como estructura de corte, diamante sinttico en forma de tringulos pequeos no redondos, como es el caso de las barrenas de diamante natural. La densidad, tamao, y tipos son caractersticas que determinan cada fabricante.BARRENA DE CORTADOR FIJOVENTAJAS: Muy Durable Perforan rocas duras como: caliza dura, basalto, arenas finas etc. Perforar en formaciones muy abrasivas Se pueden usar con motores de fondo

DESVENTAJAS: presentan dificultad en su uso por restricciones de hidrulica. Las vas de circulacin estn prcticamente en contacto directo con la formacin Se generan altas torsiones en la tubera de perforacin Tienen un costo elevado

BARRENAS DE DIAMANTE TERMICAMENTE ESTABLE (TSP):

CODIGO IADC PARA IDENTIFICAR BARRENAS DE CORTADOR FIJOLa finalidad del cdigo IADC (Asociacin Internacional de Contratistas de Perforacin) es solamente un medio para agrupar el aspecto general de las barrenas de cortadores fijos. A diferencia de la clasificacin IADC para barrenas tricnicas, el cdigo IADC para barrenas de cortadores fijos no los relaciona con la formacin por perforar. nicamente se pueden identificar sus caractersticas ms elementales. La eleccin de tipos especficos de barrenas debe hacerla una persona que est bien enterada de la tecnologa de barrenas as como de su disponibilidad. La clasificacin se representa mediante un cdigo de cuatro cifras: CODIGO IADC PARA IDENTIFICAR BARRENAS DE CORTADOR FIJOmedio para agrupar el aspecto general de las barrenas de cortadores fijos

BARRENAS DE CONOS GIRATORIOS

BARRENAS DE CONOS GIRATORIOSLas barrenas de cono giratorio o tricnicas se componen por 3 conos cortadores que giran sobre su eje. Por su estructura de corte se fabrican de dientes fresados y de insertos de carburo de tungsteno. Las barrenas tricnicas son las ms utilizadas en la industria petrolera y maximizan su uso en la aplicacin definida y por su gran variedad. Uno de los propsitos de la forma del cuerpo de estas barrenas es para que el fluido de perforacin llegue de forma directa; donde este har ms eficientemente su trabajo de limpieza. Muchos de los diferentes tipos de brocas tricnicas utilizan jets en la parte superior entre los conos para limpiarlos directamente. Teniendo en cuenta que no todas las formaciones a perforar tienen la misma litologa y caractersticas de compactacin, dureza, etc. El material con que se disean estas barrenas es de carburo de tungsteno, como ya sabemos este material es ms resistente a la abrasin y desgaste que pueden generar dichas formaciones.BARRENAS DE CONOS GIRATORIOSBARRENA DE DIENTES FRESADOSBARRENAS DE INSERTOS DE CARBURO DE TUNGSTENO

COMPONENTES DE UNA BARRENA DE CONOS GIRATORIOS

Una barrena de conos giratorios est constituida por diferentes partes las que se detallan a continuacin: a) Una conexin roscada (pin) que une la barrena con una doble caja del mismo dimetro de los lastrabarrenas. b) Tres ejes (mun) del cojinete en donde van montados los conos. c) Tres conos. d) Los depsitos que contienen el lubricante para los cojines. e) Los orificios (toberas) a travs de los cuales el fluido de perforacin fluye para limpiar del fondo el recorte que perfora la barrena. f) Cortadores (dientes o insertos). g) Hombro de la barrena.

COMPONENTES DE UNA BARRENA DE CONOS GIRATORIOS

VENTAJASBARRENA DE DIENTES FRESADOSTienen costos razonables y econmicos. Presentan buena durabilidad. No se atascan frente a derrumbes. Son altamente efectivas. Dan una solucin verstil a la alta velocidad Soportan una alta temperatura de rotacin. Constituidas por Carburo de Tungsteno. Las ms modernas cuentan con tecnologas con sellos de metal.

BARRENA DE INSERTOSSus costos son razonables. Tienen buena durabilidad. No se atascan frente a derrumbes. Tienen mejores sellos hidrulicos. Cuentan con mejor proteccin. Perforacin ms rpida con menor costo. Los sellos ofrecen una optimizacin en los baleros, que provee una larga duracin bajo rotaria y con aplicacin con motor de fondo.

CODIGO IADC PARA IDENTIFICAR BARRENAS DE CONO GIRATORIOLas barrenas se fabrican para diferentes tipos de formaciones que generalmente son: Formaciones suaves. Formaciones medias. Formaciones duras. Formaciones extra duras. Para evitar confusin entre los tipos de barrenas equivalentes en relacin con sus distintos fabricantes se cre el cdigo IADC (Asociacin Internacional de Contratistas de Perforacin), de clasificacin de tres dgitos, como se ilustra en la tabla de la pagina:

1 Digito2 Digito3 DigitoSistemas de CorteDurezaSistemas de Rodamiento123456789Diente de acero1Dientes de acero para formacin blanda1Suave Tubera para lodo y balero estndarTubera aire/lodo y balero estndarProteccin al calibre y balero estndarBalero sellado y auto lubricanteBalero sellado y proteccin al calibreChumacera SelladaChumacera Sellada y proteccin al calibrePara perforacin direccionalOtros2Medio Suave3Medio Duro4Duro2Dientes de acero para formacin media1Suave2Medio suave 3Medio duro4Duro3Dientes de inserto para formacin dura1Suave2Medio suave3Medio duro4Duro4Dientes de inserto para formacin muy blanda1Suave2Medio suave3Medio duro4DuroDientes de inserto5Dientes de inserto para formacin blanda1Suave2Medio suave3Medio duro4Duro6Dientes de inserto para formacin media1Suave7Dientes de inserto para formacin dura1Suave2Medio suave3Medio duro4Duro8Dientes de inserto para formacin extra dura1suave2Medio suave3Medio duro4DuroComo ejemplo de lo anterior, describiremos un tipo de barrenas correspondientes a tres dgitos. Si tenemos una barrena tipo 527:

1) El primer dgito identifica el sistema de corte, en este caso tenemos una barrena de dientes de inserto para formacin blanda. 2) El segundo dgito nos da a conocer la dureza de la formacin, y aqu corresponde a una medio suave. 3) El tercer dgito corresponde al sistema de rodamiento, siendo para esta barrena, de chumacera sellada y proteccin al calibre.

CLASIFICACION DE LAS TOBERASLa tobera juega un papel muy importante en la perforacin de un pozo, ya que por medio de las toberas se nota el avance de la barrena. Existen 3 tipos de toberas: Roscables (hexagonal y cuadrado). De clavo o seguro De candado

DESGASTE DE LAS BARRENAS El desgaste de las barrenas es inevitable con cada corte de formacin que realicen; por lo cual se debe tener en constante monitoreo el desgaste de los dientes de corte de las mismas; as, como las medidas de cuidados que deben llevar como podra ser una correcta preparacin del lodo de perforacin que es el fluido que nos ayudara a mantener una barrena en buen estado ya que este nos enfra la barrena, elimina la friccin con las paredes, sostiene las paredes, elimina los recortes etc. Para identificar los niveles de desgaste de los dientes de la barrena se ha dispuesto de esquemas de niveles de desgaste establecidos por la IADC que se muestran a continuacin tanto para barrenas de cortador fijo como de cono giratorio:

DESGASTE DE LAS BARRENAS

DESGASTE DE LAS BARRENAS A continuacin se explican los cdigos de desgaste ms usados y aceptados en el campo de la perforacin. TO = Diente nuevo. T1 = Desgaste de 1/8 de la altura original del diente. T2 = Desgaste de 1/4 de la altura original del diente. T3 = Desgaste de 3/8 de la altura original del diente. T4 = Desgaste de 1/2 de la altura original del diente. T5 = Desgaste de 5/8 de la altura original del diente. T6 = Desgaste de 3/4 de la altura original del diente. T7 = Desgaste de 7/8 de la altura original del diente T8 = Desgaste total del diente. DISFUNCIONES DE LA PERFORACIONFENOMENO DE REBOTEATASCAMIENTO DESLIZAMIENTOFLEXIONMOVIMIENTO DE REMOLINO

WOB = PESO EFECTIVO SOBRE LA BARRENABHA = CONJUNTO DE FONDOROP= VELOCIDAD DE PERFORACION

FENOMENO DE REBOTESe produce principalmente durante la perforacin de pozos verticales a travs de formaciones duras, en general, con barrenas de conos giratorios, pero tambin ocurre con las de cortador fijo. Durante este fenmeno se modifica el peso efectivo sobre la barrena (WOB) y se levanta la barrena para luego bajarla de golpe hasta el fondo del pozo.Causan: daos en los sellos, en las estructuras de corte y los cojinetes de las barrenas al igual que los componentes de fondo (BHA); reduce la velocidad de perforacin y destruye los sensores de fondo del pozo.ATASCAMIENTO - DESLIZAMIENTOTiene lugar cuando la barrena deja de girar debido a la friccin producida entre esta y la formacin. Cuando el esfuerzo de torsin (torque) dentro de la sarta de perforacin es mayor que estas fuerzas de friccin, la barrena se suelta de la pared del pozo y gira por la accin de desatornillado de la columna de perforacin, con velocidades angulares muy altas, lo cual produce un movimiento lateral destructivo.FLEXION Es causada por la imposicin de demasiada fuerza descendente sobre la sarta de perforacin. Esto puede generar impactos laterales cuando la sarta se encuentra suficientemente deformada para hacer contacto con el pozo.MOVIMIENTOS EN FORMA DE REMOLINOGeneran un movimiento lateral severo en la barrena y el BHA. A raz de un problema de desequilibrio de la perforacin, generado por una barrena mal seleccionada o una interaccin negativa entre la barrena y el BHA, uno de los lados de la barrena es empujado contra la pared del pozo lo cual crea una fuerza de friccin. Es lo contrario cuando se perfora un pozo calibrado, ya que la barrena rota alrededor de su centro. Pero durante el movimiento en remolino el centro de rotacin pasa a ser un cortador en la cara o el calibre de la barrena.Genera un pozo con una zona de mayor dimetro.Provoca que la barrena recorra distancias mas largas por revolucin que un pozo calibrado, esto genera cargas de alto impacto sobre la barrena y BHA

DISFUNCIONES DE LA PERFORACIONTradicionalmente el perforador debe modificar el WOB o la velocidad de rotacin de la tubera para contrarrestar las disfunciones de la perforacin, Sin embargo el incremento del WOB puede inducir problemas de atascamiento- deslizamiento y el aumento de la velocidad de rotacin puede generar movimientos en forma de remolino. Es posible que la restriccin de ambas variables reduzca los cuatro tipos de vibraciones, pero a la vez genere una ROP inaceptablemente baja.La tercera opcin consiste en hallar una combinacin optimizada de las dos variables, lo que solo se lograra si la barrena, el BHA, la sarta de perforacin y el programa hidrulico se encuentran integrados como parte de un sistema de perforacin mas que como componentes individuales o aislados.El resultado fue el incremento de la capacidad para minimizar las vibraciones axiales y laterales mediante la determinacin del rango optimo de WOB y rpm.

DISFUNCIONES DE LA PERFORACION

CONCLUSIONComo pudimos apreciar una barrena forma parte importante de los componentes de un proceso de perforacin, ya que esta realiza la actividad de cortar la roca o formacin Es importante conocer los tipos de barrenas puesto que no todos los estratos de roca o capas cuentan con las mismas caractersticas, algunos son ms suaves y otros ms duros, por lo mismo no utilizaremos la misma barrena siempre. Regularmente las barrenas de conos giratorios se utilizan ms en zonas superficiales donde los materiales son ms suaves y las barrenas de diamante o derivados del mismo se utilizan para profundidades mayores puesto que es ah donde se encuentra los materiales ms duros. Se ha constatado que en Mxico las barrenas ms funcionales y que ms se utilizan en la perforacin de pozos petroleros son las barrenas tricnicas y aunque las barrenas son los componentes ms econmicos de un sistema de perforacin su precio se estima alrededor de $120000 las ms econmicas; variando sus precios en los materiales de cuales estn construidas y los diferentes dimetros que comprenden.