Trepanos Perforaciones II

Ingeniería de perforaciones II

Trepano tricónico El Tricono tiene dientes o insertos de diamante los cuales no son recuperables el Tricono no se puede arreglar como el PDC. Las partes de un Tricono son: 1. Fil Fila inic iniciial 2. Fila me media 3. Fila Fi Final 4. Calibre Una e! pasado la e"plicaci#n de los triconos pasamos a $er una sarta de per%oraci#n& la cual ten'a en el e"tremo de un lado una corona la cual se utili!a para sacar testigo ( posteriormente utili!ar esos para registros registros geol#gicos de las capas de la tierra. En la sarta pudimos obser$ar )ue e"iste un contrapeso o un ancla )ue mantiene la sarta *con+unto de tuber'as ( ca,er'as- dentro del po!o de manera r'gida para )ue no e"istan mo$imientos )ue puedan a%ectar la per%oraci#n& posteriormente pasamos a un rea donde estaban las c/atarras es decir /erramientas )ue (a no ten'an soluci#n. Pudimos obser$ar coronas mu( desgastadas& otras )ue eran nue$as& tr0panos de gran magnitud en estado corrosi$o& la longitud de las ca,er'as utili!adas para la per%oraci#n.  por ltimo pasamos a una ronda de preguntas pregun tas con los traba+adores de alliburton& los cuales nos preguntaron cosas esenciales de lo )ue /ab'an e"plicado. Estructura del trepano tricónico

Alvaro Boris Vallejos Cortez

Ingeniería de perforaciones II Componentes de la estructura de corte

Numeración de los conos

Barrenas Tricónicas.

Las barrenas tric#nicas& poseen conos de metal )ue contienen insertos o dientes ma)uilados *Figura- )ue giran en %orma independiente sobre su propio e+e& al mismo tiempo )ue la barrena rota en el %ondo del po!o. Cada uno de los conos cuenta con un a estructura cortante *dientes de acero resistentes al desgaste& o insertos de carburo de tungsteno- )ue cortan ( trituran& o penetran ( rompen la roca& dependiendo de la %ormaci#n. Los principales componentes de los conos de una barrena tric#nica son: • • • •

Estructura cortadora. Co+inete. ello. 5lmac0n de la grasa.


Ingeniería de perforaciones II E"isten dos tipos de barrenas de acuerdo a la estructura cortadora: 6arrenas de dientes de acero& donde los dientes son %undidos ( %or+ados del mismo cuerpo del cono con bordes de compuestos de carburo resistentes al desgaste ( 6arrenas con insertos de carburo de tungsteno en los cuales los insertos son %ormados por separado ( colocados a presi#n en la super%icie de los conos. Las barrenas tric#nicas con d ientes de acero se utili!an en %ormaciones blandas con ba+a resistencia a la compresi#n. Las )ue poseen insertos se utili!an para per%orar %ormaciones )ue $an de semiduras a duras semiabrasi$as ( duras abrasi$as.

Tipo de cortadores en barrenas tricónicas

Mecanismos de corte de las barrenas tricónicas.

Los elementos de corte de las barrenas tric#nicas corresponden a /ileras de dientes alrededor de cada cono )ue se entrela!an sin tocarse con las de los conos ad(acentes a manera de engranes. Este tipo de barrenas& remue$e la roca raspndola o triturndola. Los conos giran ( reali!an una acci#n de trituraci#n. 5 medida )ue los conos se apartan del mo$imiento giratorio real& las estructuras cortantes penetran ( raspan ms. El despla!amiento o e"centricidad del cono ( la %orma del mismo *Figura-& pro$ocan )ue los conos de+en de girar peri#dicamente a medida )ue gira la barrena. Como resultado& las estructuras cortantes se desli!an en el %ondo del po!o ( raspan la %ormaci#n. Los ngulos de despla!amiento $ar'an de 78 para %ormaciones blandas& a 9 para %ormaciones duras12. Las barrenas para %ormaciones blandas utili!an estructuras de corte ms largas con ngulos de despla!amiento en los conos )ue reducen el mo$imiento de rotaci#n& los cortadores cortos en los conos )ue giran mas& pro$ocan una acci#n de trituraci#n en las %ormaciones duras.



Desplazamiento o excentricidad de los conos

Cojinete y Sello

Los co+inetes son estructuras )ue %uncionan como un e+e alrededor de los cuales giran los conos. Estos elementos son dise,ados tomando en cuenta la $elocidad de rotaci#n *;P<- ( el peso sobre la barrena *=>6-. El sello generalmente es un elast#mero el cual no permite el contacto entre el %luido de per%oraci#n ( la parte interna del cono. ?eneralmente cuenta con partes re%or!adas de di%erente material para poder resistir el desgaste producido por la rotaci#n del cono. Dentro del cono se encuentra un sistema de retenci#n %ormado por balineras& las cuales e$itan )ue el cono se salga de la parte superior de la barrena. Estas balineras son ingresadas al momento de ensamblar la barrena. E"isten $arios tipos de co+inetes. Estos pueden ser: *FiguraCo+inete de ;odillos: •

Los co+inetes de rodillos soportan grandes pesos sobre barrena ( ba+as re$oluciones por minuto puesto )ue las cargas se distribu(en de manera puntual en los rodillos. Estos co+inetes se utili!an en tama,os de barrenas superiores a 12 @14 . Co+inete de Fricci#n: Los co+inetes de %ricci#n soportan altas re$oluciones p or minuto ( ba+os pesos sobre la barrena debido a )ue las cargas se distribu(en de manera uni%orme en la super%icie del co+inete.

Tipo de Cojinetes


Ingeniería de perforaciones II Almacén de grasa.

Como su nombre lo indica& este elemento permite almacenar la grasa )ue sir$e como lubricante al co+inete ( al sistema interno del co no. El ob+eti$o de este almac0n es pro$eer el lubricante al interior del cono& el cual es mo$ido dentro de la barrena por di%erencial de presi#n. Cuando e"iste un cambio de presi#n dentro de la barrena& se acciona un sello interno )ue permite el despla!amiento de la grasa. F'sicamente& el almac0n de grasa se encuentra en la parte in%erior de la pierna de la barrena +unto con el compensador de presi#n conectado por un canal /acia el co+inete *Figura-.

Almacén de grasa

Clasificación A!C para barrenas tricónicas.

La asociaci#n internacional de contratistas de per%oraci#n *por sus siglas en ingles& A5DC-& proporciona un m0todo de clasi%icaci#n de las barrenas tric#nicas& con el cual se nombra de una manera estndar cada barrena *Tabla-. El sistema de clasi%icaci#n permite /acer comparaciones entre los tipos de barrenas )ue o%recen los %abricantes. La clasi%icaci#n se basa en un c#digo de tres caracteres num0ricos. Primer Caracter *erie de la estructura cortadora 1B-. Los caracteres de esta serie indican la dure! a de la %ormaci#n& as' como tambi0n el tipo de estructura de corte la barrena& (a sea dientes o insertos. Las series del 1 al 3 indican )u0 barrena tiene dientes de acero. La serie del 4 al  indica )ue la barrena tiene insertos de carburo de tungsteno *TCA-. e considera )ue en la serie 1 la %ormaci#n ser mu( blanda& aumentando /asta la serie & en donde la %ormaci#n ser mu( dura. egundo Caracter *Tipos de estructura cortadora-. El segundo caracter presenta una clasi%icaci#n de dure!a dentro de la dure!a de%inida anteriormente. Cada serie est di$idida en cuatro tipos en la ma(or'a de los casos. El 1 indica )ue es una %ormaci#n mu( blanda& /asta el 4 )ue indica una %ormaci#n mu( dura


Ingeniería de perforaciones II Tercer Caracter *Co+inete Calibre-. Este caracter indica una descripci#n interna ( e"terna de la barrena. ace re%erencia al dise,o del co+inete ( a la protecci#n del calibre. Est di$idido en siete categor'as: 1. Co+inete de rodillo estndar no sellado 2. Co+inete de rodillo en%riado con aire. 3. Co+inete de rodillo con calibre protegido. 4. Co+inete de rodillo sellado. 7. Co+inete de rodillo sellado con calibre protegido. . Co+inete de %ricci#n sellado. . Co+inete de %ricci#n sellado con calibre protegido

Código IADC para barrenas tricónicas



Barrenas de cortadores fijos "!AMANTE# Las barrenas de cortadores %i+os& a di%erencia de las tric#nicas no cuentan con partes m#$iles. Estas cuentan con cortadores planos en %orma de pastilla montados sobre aletas %abricadas del mismo cuerpo de la barrena. Este tipo de barrenas es altamente e%ecti$o para traba+ar durante una gran cantidad de /oras. E"isten $arios tipos de barrenas de cortadores %i+os *Figura- la ma(or'a estn %ormadas por cuerpos de carburo de tungsteno con cortadores de diamante policristalino compacto *PDC-. 5un)ue tambi0n e"isten las de cuerpo de acero co n cortadores de PDC ( las barrenas de cuerpo de carburo de tungsteno ( PDC con cortadores de diamantes naturales # impregnados. Las barrenas de diamante natural 0 impregnadas son aptas para %ormaciones semiduras ( e"tremadamente duras& cu(a abrasi$idad es mediana # e"tremadamente alta. Las barrenas PDC son ms adecuadas para %ormaciones )ue $an de blandas a duras& de ba+a a alta abrasi$idad. Las /'bridas combinan la tecnolog'a del PDC ( del diamante natural Dependiendo de la %orma de la barrena& la ubicaci#n de sus cortadores ser la )ue a continuaci#n se es)uemati!a. C B Cone *Cono-

 B /oulder *ombro-

? B ?auge *Calibre- G B Gose *Gari!T B Taper *Flanco-

Ubicación de los cortadores dependiendo de su forma.

Mecanismos de corte.

La barrena PDC es un dispositi$o mecnico dise,ado para transmitir energ'a a %in de per%orar ci!allando la roca. La per%oraci#n es rpida por lo )ue se re)uiere menos energ'a )ue la utili!ada por las barrenas )ue necesitan grandes cargas ( )ue ocasionan %allas por compresi#n en las %ormaciones.


Ingeniería de perforaciones II Las barrenas de diamante natural ( las impregnadas de diamante per%oran lentamente pul$eri!ando la roca& lo )ue /ace )ue ambas re)uieran una gran carga sobre la barrena ( altos es%uer!os de torsi#n *tor)ue-. Estas barrenas deben ser operadas a altas ;P< para )ue su %uncionamiento sea #ptimo. En cuanto a las /'bridas& 0stas combinan los insertos impregnados de diamante natural con los PDC. Cuando las barrenas /'bridas estn nue$ as& los insertos impregnados de diamante de diamante no /acen contacto con la %ormaci#n ( las barrenas se desempe,an como barrenas PDC. 5 medida )ue los cortadores de PDC se desgastan con las %ormaciones duras& los insertos de diamante penetran en la %ormaci#n. diamante no /acen contacto con la %ormaci#n ( las barrenas se desempe,an como barrenas PDC.

Tipos de barrenas de cortadores fijos

$erfil de la Barrena

El per%il de la barrena se re%iere a )u0 tan altos o ba+os estn los cortadores de la nari! con respecto al gauge *Figura-. 5 di%erencia de las barrenas de conos& las cuales cuentan con per%iles mu( similares& las barrenas de cortadores %i+os cuentan con cuatro tipos principales. Cada uno de estos es utili!ado para obtener un cierto resultado durante la per%oraci#n ( debe ser escogido con cuidado. Las barrenas con un per%il parab#lico largo ( medio son utili!adas principalmente en po!os $erticales& mientras )ue las barrenas con el per%il parab#lico corto ( per%il plano son utili!adas con ma(or %recuencia en la per%oraci#n de po!os direccionales.



Tipos de perfiles de barrenas de cortadores fijos.

Calibre o %auge.

En una barrena& el calibre es re%erido a la parte ms ba+a de la aleta ( est encargada de darle estabilidad a las aletas. E"isten di%erentes tama,os para el c alibre *Figura 1.19-& esto depende de su uso *tipo de po!o a per%orar- ( tama,o de la misma& (a )ue mientras ma(or sea el dimetro de la barrena ma(or podr ser la longitud del gauge. En esta !ona de la barrena es posible la locali!aci#n de cortadores de PDC (o de protecci#n adicional %ormada por pastillas de PDC ad/eridas al costado del calibre. Estas caracter'sticas dependen de la aplicaci#n a la )ue ser sometida. Las barrenas con calibres mu( largos son utili!adas principalmente en po!os $erticales ( las de calibres cortos en po!os direccionales& aun)ue esto no es una regla& (a )ue se tiene )ue obser$ar en con+unto con esta caracter'stica el per%il de la barrena.

Tamaño del calibre

Clasificación A!C para barrenas de cortadores fijos.

e utili!a un c#digo utili!a al igual )ue para las barrenas tric#nicas& de cuatro caracteres para clasi%icar las barrenas& el primero al%ab0tico ( los tres restantes num0ricos *Tabla-.



•

Primer Caracter *Tipo de cuerpo de la barrena-.

En el primer caracter se muestra el material del )ue est %abricada la barrena. Con una H
egundo Caracter *Dure!a de la %ormaci#n-.

El segundo caracter presenta la dure!a de %ormaci#n. La dure!a $a desde el 1 )ue indica )ue es una %ormaci#n mu( blanda& /asta el  )ue indica )ue se trata de una %ormaci#n mu( dura. •

Tercer Caracter *Tama,o ( tipo de cortador-.

Este caracter indica el tipo de cortador ( el dimetro de las pastillas de PDC. Esta $a desde dure!as de %ormaciones mu( blandas a medias. De las dure!as de %ormaciones mediasB duras a e"tremadamente duras (a no es utili!ada la pastilla de PDC. •

Cuarto Caracter *Per%il de la barrena-.

Clasificación IADC para barrenas de DC



Selección de Trépanos Adenti%icar estructura de corte )ue se adapte a las condiciones de per%oraci#n ( pueda cumplir con el ob+eti$o establecido ( plani%icado Tipo de Estructura de corte

– TCA&
– Cantidad de %ilasaletas – Tama,o de insertoscortadores – 5gresi$idad de la estructura de corte Condiciones (idr&ulicas

– Estndar& 5ntiBembolamiento& 5ntiBerosi#n Caracter)sticas adicionales

– Protecci#n re)uerida *calibre& piernas– Limitador de Tor)ue $roceso tradicional • • • • • • •

Tipo de Estructura de corte Parmetros de dise,o Condiciones idrulicas Caracter'sticas 5dicionales 5nlisis de An%ormaci#n E$aluaci#n de condici#n de desgaste 5nlisis de dure!a de %ormaci#n



*entajas 

Es un proceso continuo de traba+o en la aplicaci#n



e /ace un acercamiento a la necesidad en la aplicaci#n

+imitaciones 

 

El proceso de selecci#n ( optimi!aci#n de un tr0pano para una aplicaci#n toma un ma(or tiempo Go se tiene en cuenta la per%orabilidad en cada %ormaci#n (o litolog'a Proceso de e$aluaci#n es ensa(o ( error



$roceso Actual

*entajas 

e disminu(e el ensa(o ( error en la selecci#n del tr0pano para una aplicaci#n.



Con el uso de nue$as /erramientas ( tecnolog'as& la e$aluaci#n de la estructura de corte se reali!a antes de la per%oraci#n.


Ingeniería de perforaciones II +imitaciones 

Es necesaria una ma(or cantidad ( calidad de in%ormaci#n



nformación necesaria • •

•

•

•

•

Estructuras de corte a 5nali!ar Tipo de Formaci#n  and/aleC/alJ Dure!a de Formaci#n  D6> Parmetros >peracionales  =.>.6.  ;.P.<. 

Análisis dinámico del trépano (interacción trépano + BHA con la formación)

– –

Vibración Lateral

–

Vibración Torsional

Vibración Axial

Trepanos Perforaciones II

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