Capítulo I Tipo de barrenas.
¿Qué es una barrena?
Es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de perforación, utilizada para cortar o triturar la formación durante el proceso de la perforación rotaria. Su función es perforar los estratos de la roca venciendo el esfuerzo de compresión y de rotación de la barrena.
onocimiento de las barrenas
En la actualidad existen varios tipos de barrenas para la perforación de pozos petroleros petroleros !ue difieren entre s", ya sea en su estructura 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. $e acuerdo con lo anterior, las barrenas se clasifican en%
•
&arrenas tricónicas. &arrena de cortadores fi#os '$ y dise(o especial. &arrenas ampliadoras.
omponentes de una barrena
• •
El cuerpo de una barrena tricónica consiste en% a b c d e f /
)na )na conex conexió ión n rosca roscada da *pi( *pi(ón ón++ !ue une une la barre barrena na con con una dobl doble e ca#a ca#a del mismo dimetro de los lastrabarrenas. -res -res e#es e#es *mu(ón+ *mu(ón+ del co#ine co#inete te en en donde donde van montad montados os los los cono conos. s. -res conos. os depósi depósitos tos !ue contien contienen en el lubri lubrican cante te para los co#ines co#ines.. os os orific orificio ioss *tobera *toberas+ s+ a trav través és de los cuale cualess el fluido fluido de perfo perforac ració ión n fluye fluye para limpiar del fondo el recorte !ue perfora la barrena. ortadores *dientes o insertos+. 0ombro de de la la ba barrena.
Figura 1: Componentes de una barrena Tricónica
ódi/o 12$ para barrenas tricónicas y de cortadores fi#os.
as barrenas se fabrican fabrican para diferentes diferentes tipos de formaciones formaciones !ue /eneralmente /eneralmente son% 3ormaciones suaves. 3ormaciones medias. 3ormaciones duras. 3ormaciones extraduras. • • • •
'ara evitar confusión entre los tipos de barrenas e!uivalentes en relación con sus dist distin into toss fabr fabric ican ante tess se creó creó el códi códi/o /o 12$ 12$ *2soc *2socia iaci ción ón 1nte 1nterna rnaci ciona onall de ontratistas de 'erforación+, de clasificación de tres d"/itos *tabla 4+.
Tablaa 1: Clasificación de barrenas. Tabl
APRIETE REC!E"#A# PARA E$ PI%" #E $A& 'ARRE"A& -or!ue recomendado $imetros de las barrenas *p/.+
-ama(o del pi(ón 2'1. re/. *p/.+
*pie5lb+
*65m+
718.
729.
718.
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Tabla (: Apriete recomendado.
4.= El apriete recomendado para las barrenas re!uieren menos fuerza de torsión !ue para los lastrabarrenas. >.= 'ara el apriete con llaves &I dividir el ran/o de apriete, recomendado entre la lon/itud de la llave en pies, y el resultado es la calibración !ue se le debe dar al amper"metro. :.= 'ara convertir la lectura del amper"metro a lbs=pie, multiplicarse por 4;.@ y viceversa. 'i(ón 2'1. $imetro de la barrena
-or!ue Jecomendado *pies D lb+ re/.
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:, D :, A
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B, D ;,
Tabla ): Tor*ue recomendado para barrenas.
'arrenas tricónicas.
as barrenas tricónicas tienen tres conos cortadores !ue /iran sobre su e#e. 'or su estructura de corte se fabrican de dientes y de inserto de carburo de tun/steno.
Figura (: 'arrena Tricónica
'or su sistema de rodamiento pueden ser de balero estndar, balero sellado y de chumaceras. 2ctualmente las barrenas tricónicas sólo se usan en la primera etapa de la perforación.
Figura ):A+ 'alero est,ndar- '+ 'alero sellado C+ C/amucera
'arrenas de cortadores fi0os. as barrenas de cortadores fi#os son cuerpos compactos sin partes móviles, con diamantes naturales o sintéticos incrustados parcialmente en su superficie inferior y lateral para triturar la formación por fricción o arrastre.
Se dividen en%
• • •
&arrenas de diamante natural. &arrenas de diamante térmicamente estable *-S'+. &arrenas compactas de diamante policristalino *'$+.
as barrenas de diamante natural tienen un cuerpo fi#o !ue puede ser de un material matriz o 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. El uso de estas barrenas es limitado en la actualidad, salvo en casos especiales para perforar formaciones duras y abrasivas.
Figura : 'arrena de diamante natural.
&arrenas de diamante térmicamente estable *-S'+.
as barrenas térmicamente estable *-S'+. Se usan para perforar rocas duras, por e#emplo caliza dura, basalto y arenas finas duras, entre otras.
Figura 2: 'arrena de diamante T&P.
&arrenas de compacto de diamante policristalino *'$+.
as barrenas '$ pertenecen al con#unto de diamante con cuerpo sólido y cortadores fi#os. *3i/ura ;+.
Figura 3: 'arrena de compacto de diamante policristalino 4P#C+.
Su dise(o de cortadores est 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 S-', su dise(o hidrulico se realiza con sistema de toberas para lodo, al i/ual !ue las barrenas tricónicas. Este tipo de barrenas es la ms utilizada en la actualidad para la perforación de pozos petroleros. El cuerpo de una barrena '$ *3i/ura F+% a )na conexión roscada *pi(ón+ !ue une la barrena con una doble ca#a del mismo dimetro de lastrabarrenas. b 8umerosos elementos de corte policristalino *cortadores+. c 2letas *en al/unos modelos+. d os orificios *toberas+ a través de los cuales el fluido de perforación fluye para limpiar del fondo el recorte !ue perfora la barrena. e 0ombro de la barrena.
Figura 5: Componentes de una barrena P#C
Figura 6: E7ponente #C *NOTA: El exponente DC nos sirve para calcular el gradiente de fractura.
'arrenas especiales o ampliadoras. as barrenas especiales son de dos tipos% ampliadoras o bicéntricas y se utilizan para operaciones tales como% la ampliación del dimetro del a/u#ero, ya sea desde la boca del pozo *superficial+ o desde una profundidad determinada.
Aplicaciones. a aplicación en este tipo de barrenas ampliadoras se clasifica de la si/uiente manera%
Aplicaciones b,sicas. •
• • • • •
Jeducir problemas al correr revestimiento a través de secciones con Kpatas de perro< altas. Jeduce problemas de inestabilidad del a/u#ero. utitas !ue fluyen. utitas !ue se hinchan. 3acilita el uso del inventario actual de -uber"as de Jevestimiento. Jeduce ries/o de atrapamiento durante los via#es.
Aplicaciones a8an9adas. • • • •
•
'ozos 0'0- /eneralmente re!uieren sartas de revestimiento adicionales. -erminaciones con /rava empacada. Jevestimiento expandible. Jeentrada a pozos *ampliar el a/u#ero saliendo de una ventana en la -uber"a de Jevestimiento+. 'resión de 'oro 5 'erdidas de irculación 5 $isminución de la $E al perforar y cementar.
Aplicaciones en las terminaciones. • •
3acilita las corridas de re/istros. Jeducir problemas para correr -uber"as de Jevestimiento a través de secciones con Kpatas de perro< altas. 7e#or cementación *me#ores re/istros de adhesión del cemento ).
Características tcnicas de las barrenas bicntricas. a barrena piloto y el ampliador se encuentran inte/rados en una sola pieza.4.
Figura ;: E8olución de las barrenas bicntricas.
Je!uiere estabilización para ase/urar la ampliación del a/u#ero E&TA'IILACIM" #IRECCI"A Tamaoo Estabili9ador 4F x > FN 4B in O5PB ft 4B 45> x 4F C FBN 4: in O5PB ft 4> 45B x 4B F@N 44 45> in O5PB ft 4> 45B x 4: C F@N 4 45> in O5PB ft 4 A5@ x 4> G @>N 4 in O5PB ft 4 A5@ x 44 C @N H 45B in O5PB ft @ 45> x H F5@ @BN @ 45B in O5PB ft O5 ; 45> x F C 4N 'ass -hru O5PB ft Size ES-2&11L21M8 JR-2-RJ12 5 EJ-12 Estabilizadores para romper e!uipos a ; y H pies Tabla : #i,metro del estabili9ador por encima de la barrena bicntrica.
2mpliador de 'erforación Jip-ide
El ampliador de perforación RipTide concéntrico de Teatherford ensancha el pozo durante la perforación D hasta un >AN ms del dimetro de la barrena. 2plicaciones ms espec"ficas incluyen la expansión de pozos pilotos existentes y el ensanchamiento para corridas de revestimiento con restricciones de espacio. a compatibilidad con el sistema de rotación nave/able permite el uso de esta herramienta en intervalos ms lar/os y operaciones de perforación direccional. El ampliador de perforación RipTide aprovecha tecnolo/"a de corte sumamente innovadora para maximizar su rendimiento. $ise(ado expresamente para aplicaciones de ensanchamiento del pozo mientras se perfora *0ET$% 0ole= Enlar/ement=Thile=$rillin/+, sus cortadores Unicos de diamante de policristalino *'$% 'olycrystalline $iamond utters+ se encuentran sintetizados por microondas, lo cual ofrece ms durabilidad, dureza y fuerza de impacto !ue los cortadores '$ convencionales. Esta caracter"stica miti/a los efectos de des/aste de los cortadores, minimiza los ries/os de fallas de desempe(o y me#ora la eficiencia de los cortes. 2 diferencia de las herramientas convencionales 0ET$ !ue alo#an todos los componentes del sistema en la sarta, el ampliador de perforación RipTide tiene dos se/mentos principales% el controlador y el cuerpo. Este dise(o facilita la adaptación de la herramienta a cual!uier cambio en el pro/rama hidrulico, al/o relativamente comUn !ue de otro modo implicar"a mayor tiempo. Aplicaciones.
V 2mpliación del pozo durante la perforación, hasta un >AN ms !ue el dimetro de la barrena. V 2mpliación de pozos concéntricos por deba#o de la restricción mxima !ue facilita la corrida de sartas de revestimiento y permite un dimetro de revestimiento intermedio mayor. V Expansión de pozos pilotos existentes en un ran/o ms amplio de formaciones. V Jeducción de la velocidad anular del fluido para mane#ar de manera efectiva la densidad e!uivalente de circulación *E$% E!uivalent irculation $ensity+ y minimizar el ries/o de perdidas. V 3acilidad de al abrir el pozo, empa!ue con /rava y complementos de liner mayores. V Rptimización de traba#os de cementación. V Jepaso y rectificación *&ac6reamin/+.
?enta0as 'eneficios
V os cortadores '$ Unicos de la herramienta ofrecen una mayor resistencia a la abrasión, corrosión y erosión, as" como una me#ora de la dureza y la fuerza de impactoW el dise(o de los cortadores de '$ miti/an el impacto de des/aste, y me#oran la eficiencia de corte. V a posición estraté/ica de los cortadores de '$ disipa las car/as de traba#o de manera ms uniforme a través de las etapas me#orando aUn ms la eficiencia de corte. V El dise(o concéntrico de los blo!ues de corte minimiza la vibración y sus potenciales efectos !ue incluye la falla de los componentes del ensamble de fondo *&02+, herramientas perdidas y tiempo no productivo *8'-% non productive time+. V )n mecanismo de cierre efectivo previene la activación prematura de los blo!ues de corte, lo !ue podr"a resultar en da(os en la tuber"a de revestimiento y 8'-. V os calibres de recorte controlan la profundidad de corte durante cada rotación, me#orando la precisión y minimizando el ries/o de producir un tama(o de pozo inapropiado, un error potencialmente costoso. V El dise(o dual del componente de la herramienta facilita su adaptación ante cual!uier cambio del dia/rama de fluido, lo !ue permite un ahorro de tiempo. V El controlador ofrece mUltiples opciones para accionar la herramienta, lo !ue facilita su uso en un amplio ran/o de entornos de perforación.
Figura 1@: E0emplo de en donde se coloca el ampliador RipTide
Figura 1@: Ampliador Rip Tide
Especifcaciones
Tabla 2: Especificaciones at/erford para el Rip Tipe
Tabla 3: Clasificación de 'arrenas ampliadoras.
2mpliador Excéntrico JT$ *Jeam Thile $rillin/+. os ampliadores excéntricos *JT$+ cuentan con una variedad de tipos dependiendo de las caracter"sticas de la formación y el tipo de pozo !ue ser perforado. os ampliadores excéntricos JT$ ayudan a optimizar la ampliación de diferentes etapas o intervalos !ue ten/an !ue perforarse y las principales caracter"sticas en la implementación de estas herramientas son% 7inimizar las vibraciones. 7e#orar la durabilidad. 7e#orar tasas de construcción. Jeduce tendencia de tumbar n/ulo. Jeduce tiempo de deslizamiento. 1ncrementa la JR' *Jitmo de 'enetración+ promedio.
0erramienta JT$>. $escripción
$ise(ado para pozos verticales, aplicaciones con mesa rotatoria . a ca#a arriba y el pi(ón aba#o del JT$> permite adaptar el &02 *Ensamble de fondo+. El JT$> viene t"picamente en dimetros de 4> G< D >><.
Figura 11: Ampliador E7cntrico RB#(.
0erramienta JT$>S. $escripción a confi/uración de dos piezas, ca#a aba#o y pi(ón arriba del JT$>S es ideal para motores o sistemas direccionales rotatorios.
El lar/o total ha sido reducido, me#orando la respuesta direccional en ensambla#es con motor. 'erfil de aletas refinado para incrementar la densidad de cortadores, me#orando la durabilidad.
Figura 1(: Ampliador E7cntrico RB#(&.
0erramienta JT$>S-. $escripción $ise(o de matriz de una pieza para aplicaciones en a/u#eros esbeltos *slimhole+.
El 'ad de estabilización contrarresta las fuerzas /eneradas durante la perforación, reduciendo vibraciones y proporcionando una me#or calidad del a/u#ero. $isponible en tama(os i/ual o menores de @<. ada barrena se dise(a de acuerdo a la aplicación espec"fica.
Figura 1): Ampliador E7cntrico RB#(&T.
#iferencias con las 'arrenas 'icntricas. as principales limitaciones de las &arrenas &icéntricas con respecto al 2mpliador Excéntrico *JT$>+ son% 8o hay flexibilidad para la barrena piloto. 8o hay flexibilidad para el &02 piloto. -endencias de desviación sin poder establecer control. alidad del a/u#ero inconsistente. 'atrón de des/aste destructivo. Embolamiento de la barrena.
2mpliador oncéntrico *9J+.
#escripción de la /erramienta. El ampliador 9J provee ampliación concéntrica y simultnea del a/u#ero con activación o desactivación de los sistemas. Esta herramienta puede operar en ambientes cr"ticos como por e#emplo% formaciones con intercalaciones duras, zonas comple#as o problemticas y puede colocarse de manera precisa en el pozo, actualmente es la Unica herramienta capaz de ampliar hasta un AN sobre el a/u#ero piloto. 4. 2mpliación 'erforando. >. Se puede utilizar para ampliar y perforar al mismo tiempo. El ampliador concéntrico 9J se usa en una sarta o sobre la barrena convencionalmente y se desactiva después de la ampliación con la medida del a/u#ero piloto. El record actual !ue tiene este tipo de herramientas es la ampliación de 4> G< a 4F C<.
Figura 1: #iferentes maneras de operar el Ampliador Concntrico R.
:. Je!uiere un sistema de activación hidrulico o mecnico. 2ctivación positiva. Se lanza una bola de acero a través de la sarta la cual al ser desplazada con fluido de perforación corta un pin detectndose en superficie por el cambio de presión. $esactivación del sistema.
Es una desactivación hidrulica, se lanza una se/unda bola de acero a través de la sarta la cual al ser desplazada con fluido de perforación corta un se/undo pin !ue acciona un mecanismo para la desactivación del ampliador.
Figura 12: Acti8ación positi8a B. El 8&J y 9J pueden ser utilizados con motores de fondo o sistemas
direccionales rotatorios. A. El ampliador 9J puede ser usado en una sarta o sobre la barrena convencionalmente y puede ser desactivado después de la ampliación con la medida del a/u#ero piloto. ;. El 8&J tiene un sistema de activación de sellos un tanto comple#o !ue si no es operado correctamente tiende a fallar. F. -iene un mecanismo !ue permite cerrar o abrir el cortador en cual!uier momento.
Figura 13: Ensamble de fondo con sistema direccional rotatorio.
@. Xrea de flu#o y ca"das m"nimas de presión a través de la -32.
Figura 15: !ecanismo de apertura cierre del ampliador
H. -iene un sistema de activación y desactivación.
&ecuencia de acti8ación con canica. El /asto de bombeo K'ump Jate< se reduce y una canica de activación se arro#a. uando la canica se asienta, un pico y una subsecuente reducción en la presión del Stand 'ipe, revela !ue la herramienta ha sido activada y abierta. )na vez abierta, el flu#o es desviado alrededor de la canica para operación de flu#o completo. &ecuencia de desacti8ación por medio de la segunda canica. on /asto reducido K'ump Jate< una canica de desactivación es arro#ada. uando la canica se asienta un incremento de presión dentro de la herramienta corta los pines de desactivación, liberando la fuerza en el pistón de empu#e cerrando los brazos. )na reducción subsecuente en la presión del Stand 'ipe indica !ue los brazos ampliadores estn deshabilitados hidrulicamente. 4. Es activado con un bal"n. 44. 2lta densidad de corte. 4>. 2mplia el pozo hasta un AN ms del a/u#ero piloto. 4:. 'uede extenderse o cerrarse el cortador en cual!uier momento. 4B. -iene lar/a vida en formaciones abrasivas.
4A. apacidad de repasar el a/u#ero. 4;. ompatible con varios ensambles de fondo. 4F. -iene compatibilidad con otras herramientas.
Figura 16: Ampliador R acti8ado
Figura 1;: E0emplo de la colocación de un ampliador.
Tipos de sarta. a sarta de perforación es un con#unto de elementos cuyo ob#etivo es transmitir el movimiento rotatorio a la barrena, servir de conducto de circulación, dar peso a la barrena, sacar y meter la barrena, efectuar pruebas de formación, colocar tapones de cemento y cementar las tuber"as de revestimiento. os componentes de una sarta de perforación varian y cada uno tiene un ob#etivo espec"fico, a continuación se mencionan los componentes ms comunes%
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&arrena. 'orta barrena *liso o estabilizador+. 7otor de fondo *opcional+ $oble ca#a. lvulas de se/uridad. astra barrenas *$rill ollar+. Iunta de se/uridad. Jimas. Estabilizadores. 7artillos. -uber"a pesada *0eavy Tei/ht+. anastas colectoras. -uber"a de perforación. Sustituto de la flecha. 0ules protectores.
Figura (@: Componentes de una sarta.
-ipos de sarta en la perforación%
&ARTA E&TA'I$IDA#A: ompuesta por $8, $, 0T, -' y Estabilizadores de insertos y de aletas soldables. Este tipo de sarta se subdivide en%
&ARTA E!PACA#A: Esta sarta se caracteriza por llevar una estabilización ms compacta o se/uida en los primeros drilles del apare#o, para mantenerla ms r"/ida y no permite !ue ten/a mucho movimiento y un rumbo *por e#emplo% S54Y, >Y, $, :Y+. Se utiliza en formaciones duras o compactas para mantener n/ulo *'aleoceno, retcico+.
&ARTA PE"#$A#A: Se utiliza para perforar formaciones suaves o sin mucha compactación *arenas y arcillas en las primeras etapas+, al estabilizar la sarta de esta manera *por e#emplo S5>Y, $, :Y y ;Y se obli/a a la barrena a estar centralizada en el a/u#ero+. &ARTA RIE"TA#A: ompuesta por $rilles, 0T, -', Estabilizadores y 7T$, Kno lleva motor de fondo<. Se utiliza para mantener el n/ulo una vez !ue ya fue construida la curva. El 7T$ va a transmitir la información de n/ulo y rumbo, para verificar la trayectoria pro/ramada. &ARTA "A?EA'$E: ompuesta por $rilles, 0T, -', Estabilizadores, 7T$ y 7otor de 3ondo. Se utiliza para construir la curva, levantando el n/ulo, lleva un estabilizador inte/rado y orientado. El motor de fondo va a permitir perforar controlando la dirección desde el fondo del pozo. El 7T$ va a transmitir la información de n/ulo y rumbo, para verificar la trayectoria pro/ramada. PERFRACIG" #E&$IDA#A: Se dice !ue se perfora deslizando, cuando el movimiento de la barrena es /enerado por el motor de fondo sin ayuda de mesa rotariaW se perfora de esta manera para construir la curva *levantar n/ulo+, para realizar esta actividad se utiliza una sarta nave/able. PERFRACIG" RTA#A: Se dice !ue se perfora rotando, cuando el movimiento de la barrena se /enera por el motor de fondo con ayuda de la mesa rotaria en superficieW se perfora de esta manera, una vez !ue ya fue construida la curva y se levantó n/ulo+, para realizar esta actividad se utiliza una sarta nave/able.
