“Barrenas de perforación” 1.1 Definici Definición ón La barrena es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de perfo perforac ración ión,, utiliz utilizada ada para para corta cortarr o tritur triturar ar la forma formació ción n duran durante te el proces proceso o de la perforación rotaria. Su función es perforar los estratos de la roca venciendo el esfuerzo de compresión y de rotación de la barrena. La eficiencia con la que la barrena perfora depende de varios factores: El estado físico de la barrena. El peso que se aplica sobre esta para que perfore. La velocidad con que es puesta a irar.
1.2 Clasificación Clasificación de las barrenas barrenas En la actualidad existen varios tipos de barrenas para la perforación de pozos petroleros que difieren entre sí, ya sea en su estructura de corte o por su sistema de rodamiento, por e!emplo, cuando son de tres conos o por los materiales usados en su construcción. "e acuerdo con lo anterior, las barrenas se clasifican en:
Barrenas
Cortadores fjos
PDC
Diamantes
Diamante natural
TPS
Conos rodantes
Diamantes impregnad os
Dientes
Insertos
Sellos de rodillos
Sellos de chumacera
1.2.1
Barrenas de cortadores fijos
Las barrenas de diamante tienen un dise#o muy elemental. $ diferencia de las tricónicas, carecen de partes móviles, aunque esta característica sería deseable. El material usado para la construcción, adem%s de los diamantes, puede variar se&n el tipo de las barrenas y de las características de los fabricantes. 'ormalmente el cuerpo fi!o de la barrena puede ser de acero o de carburo de tunsteno (matriz) o una combinación de ambos. Estas barrenas son fabricadas con diamante natural o sint*tico, se&n el tipo y características de la misma. La dureza extrema y la alta conductividad t*rmica del diamante lo hacen un material con alta resistencia para perforar en formaciones duras a semiduras, y en alunos tipos de barrenas, hasta formaciones suaves. Las barrenas de diamante, a excepción de las barrenas +", no usan toberas de lodos para circular el fluido de control para aprovechar su hidr%ulica. Est%n dise#adas de tal manera que el fluido de perforación pueda pasar a trav*s del centro de la misma, alrededor de la cara de la barrena y entre los diamantes por unos canales llamados vías de aua o de circulación.
Códigos IADC para barrenas de cortadores fijos:
La -$" desarrolló un sistema de codificación para la identificación de barrenas de cortadores fi!os que incluye a todos los tipos: diamante natural, compactos de diamante policristalino (+") o de diamante t*rmicamente estable (S+). Este códio consiste en cuatro caracteres (una letra y tres n&meros) que describen siete características b%sicas:
ipo de cortadores. /aterial del cuerpo de la barrena +erfil de la barrena. "ise#o hidr%ulico para el fluido de perforación. "istribución del flu!o. ama#o de los cortadores. "ensidad de los cortadores.
Barrena de diamantes
En función de la identificación con el códio -$", existen por lo menos cinco aspectos fundamentales en el dise#o de las barrenas de diamante: la forma de los cortadores, %nulos de inclinación lateral y de retardo, tipo de protección al calibre y lonitud de la sección del calibre. Si bien todos ellos son factores importantes en el desarrollo de las barrenas de diamante, lo que se pretende con este códio -$" es dar una idea del tipo de barrena y lorar que se identifiquen f%cilmente sus principales características. 1.2.1.1 Barrena de diamantes: Barrenas de diamante natural: Las barrenas de diamante natural, al iual que las de otros tipos de diamante, tienen un cuerpo fi!o cuyo material puede ser de matriz o de acero. El tipo de flu!os es radial o de
contramatriz, y el tipo de cortadores es de diamante natural incrustado en el cuerpo de la barrena, con diferentes densidades y dise#os como se clasifica en el códio -$". El uso de estas barrenas es limitado en la actualidad salvo en casos especiales para perforar formaciones muy duras, y cortar n&cleos de formación con coronas de diamante natural.
Coronas de diamante natural. 0tro uso pr%ctico es la aplicación de barrenas desviadoras (Side rac1), para desviar pozos en formaciones muy duras y abrasivas.
Barrenas desviadoras (SIDE TRC!" El mecanismo de corte de este tipo de barrenas es por fricción y arrastre, lo cual enera altas temperaturas. El tipo de diamante utilizado para su construcción es el diamante en su forma natural y no comercial2 el tama#o varía de acuerdo con el tipo de dise#o de la propia barrena: entre m%s dura y abrasiva sea la formación, m%s peque#o ser% el diamante que se debe usar. Los diamantes utilizados para este tipo de barrenas son redondos, pero de forma irreular. El diamante natural es una forma cristalina y pura de carbón con una estructura c&bica de cristal. Es el material m%s duro hasta ahora conocido y en su forma natural el 345 de los diamantes es para uso industrial, mientras que el solo 645 son para emas de calidad tras varios procesos de limpieza y depuración.
Barrenas de diamante térmicamente estable (TSP)
El dise#o de las barrenas de diamante t*rmicamente estable (S+), al iual que las de diamante natural, es de un solo cuerpo sin partes móviles. Son usadas para perforación de rocas duras como caliza dura, basalto, y arenas finas duras, entre otras. Son un poco m%s usadas para la perforación convencional que la barrenas de diamante natural. La 7i. 84.9 muestra el tipo de barrena de diamante S+.
Barrena de diamante TPS El uso de las barrenas S+ tambi*n es restrinido porque, al iual que las de diamante natural, presentan dificultad en su uso por restricciones de hidr%ulica. $sí las vías de circulación est%n pr%cticamente en contacto directo con la formación y, adem%s, se eneran altas torsiones en la tubería de perforación por la rotación de las sartas, aunque en la actualidad se pueden usar con motores de fondo. Este tipo de barrenas usa como estructura de corte, diamante sint*tico en forma de tri%nulos peque#os no redondos, como es el caso de las barrenas de diamante natural. La densidad, tama#o, y tipos son características que determinan cada fabricante. Estas barrenas tambi*n tienen aplicación para cortar n&cleos y desviar pozos cuando así lo amerite el tipo de formación. Las barrenas S+ oriinalmente fueron dise#adas con diamante sint*tico fabricado en 8;;, por la 7 de temperatura simult%neamente. Esto no fue f%cil, sin embaro se tuvo *xito en la sintetización de diamantes que es, precisamente, otra forma de carbón.
Barrenas de diamante impregnado Las barrenas de diamante imprenado se utilizan normalmente en la perforación de capas de tierra dura (estrato duro o formaciones), y es muy adecuado para romper las separaciones de nivel ;? 84 de estrato y una variedad de formaciones abrasivas. Se compone principalmente por diamante, cuerpo de acero, polvo de carburo y diamante policristalino. El diamante policristalino se utiliza para evitar la de barrenas. El diamante es imprenado con el diamante sint*tico (tambi*n llamado diamante artificial), que cuesta menos, pero mas adecuado para ser utilizado en la perforación de formaciones duras.
1.2.1.2 Compuesto de policristalino de diamante (PDC) Las barrenas +" pertenecen al con!unto de barrenas de diamante con cuerpos sólidos y cortadores fi!os y, al iual que las barrenas S+, utilizan diamante sint*tico. Su dise#o de cortadores est% hecho con diamante sint*tico en forma de pastillas (compacto de diamante), montadas en el cuerpo de los cortadores de la barrena de diamante natural y las S+, su dise#o hidr%ulico se realiza con sistema de toberas para lodo, al iual que las barrenas tricónicas. El mecanismo de corte de las barrenas +" es por arrastre. +or su dise#o hidr%ulico y el de sus cortadores en forma de pastillas tipo moneda y, adem%s, por sus buenos resultados en la perforación rotatoria, este tipo de barrenas es la m%s usada en la actualidad para la perforación de pozos petroleros. ambi*n representa muchas venta!as económicas por su versatilidad. +or su dise#o y características, las barrenas +" cuentan con una ran ama de tipos y fabricantes, especiales para cada tipo de formación: desde muy suaves hasta muy duras, y en diferentes di%metros se&n el dise#o de los pozos. $dem%s, estas barrenas pueden ser rotadas a alta velocidades, utilizadas con turbinas o motores de fondo, con diferentes pesos sobre barrena y por su alta resistencia, así como f%cil mane!o se&n las condiciones hidr%ulicas. La experiencia de campo con estas barrenas ha creado entre el personal operativo la creencia de que contribuyen al incremento del %nulo de desviación del pozo. Esto no ha sido comprobado totalmente2 lo cierto es que la teoría de fabricación de estas barrenas es de efecto contrario, pues por su cuerpo fi!o, tiende a la estabilización del pozo.
1.2.2
Barrenas de cono rodantes
1.2.2.2 Dientes En barrenas tricónicas de dientes fresados nuestro dise#o lo constituyen dientes laros y alto enrane en los conos, los cuales combinados loran alcanzar altas tasas de penetración y durabilidad, respecto a los co!inetes estos proveen elevados rendimientos proporcionando altas capacidades de cara y lara vida dentro de las operaciones en las que se requiere motores de fondo, así mismo el acabado de superficie es de metal duro colocado en el frente de ataque y alrededor de las patas aseurando una excelente protección a los sellos.
1.2.2. !nserto "e acuerdo a los nuevos est%ndares de perforación y a los ambientes extremos a los que son sometidas las barrenas tricónicas, ponemos a su disposición elementos de alta calidad, no solo en estructura sino en la calidad del dise#o de los insertos, sellos y protección en el soporte de los conos. El dise#o del inserto utilizado en nuestras barrenas tricónicas se encuentra conformado de cinceles colocados en el filo exterior alcanzando altas tasas de penetración y durabilidad, cabe mencionar que este tipo de barrenas se encuentran dise#adas para formaciones blandas a medias blandas con co!inetes constituidos de sellos @S' de alto rendimiento. Su protección consta de un acabado superficial con metal duro colocado en el frente de ataque y alrededor de las patas, aseurando con ello una protección mayor para los sellos.
Barrena con insertos
