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FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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Objetivo: El alumno ser capaz de identificar los diferentes componentes y tipos de
tuberas que conforman una sarta de perforacin, los tipos de roscas utilizados, tipos debarrenas, sabr disear una sarta de perforacin y elaborar un programa de barrenas.
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
a. Definicin
b. Principio de operacin
c. Clasificacin de las barrenas
d. Barrenas tricnicas
e. Barrenas de cortadores fijos (de diamante)
f. Seleccin de barrenas
g. Seleccin del dimetro de la barrena
h. Factores que afectan el desgaste de la barrena
i. Determinacin del tiempo optimo para el cambio de la barrena
BARRENAS
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
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Barrena es la herramienta de corte que se localiza en el extremo inferior de la sarta de
perforacin y se utiliza para cortar o triturar la formacin durante el proceso de
perforacin rotatoria.
Para realizar la perforacin, las barrenas funcionan con base en dos principios
esenciales: fallar la roca venciendo sus esfuerzos de corte y de compresin. El principiode ataque se realiza mediante la incrustacin de sus dientes en la formacin y
posteriormente en el corte de la roca al desplazarse dentro de ella. La forma de ataque
depender del tipo y caractersticas de la roca, principalmente su dureza.
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
La barrena es la herramienta clave para el ingeniero de perforacin: su correcta
seleccin y las condiciones ptimas de operacin son las dos premisas esenciales paralograr el xito en el proceso de perforacin.
a. Defin ic in
b. Principio de operacin
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TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
Barrenas tricnicas.- El mecanismo principal
de ataque de esta barrenas (de dientes
maquinados o insertos) es de trituracin por
impacto fallando la roca por compresin.
Fallan la roca por
esfuerzo de corte
Fallan la roca por
compresin
De acuerdo a su mecanismo de ataque las barrenas se clasifican en:
De cortadores fijos.- El mecanismo de
ataque es por raspado de la roca fallando por
esfuerzo de corte.
c . C las if icac in de bar renas
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ContactarRanura en cincel +
fractura pequenaEscarbado
+ fracturaCrater formado
Accion de paleado
Accion de escarbado
Brarrena
triconicaBarrena
PDC
Comparativo
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Como su nombre lo indica, estas barrenas tienen tres conos cortadores que giran sobresu propio eje y fueron introducidas entre 1931 y 1933. Varan de acuerdo con su
estructura de corte ya que pueden tener dientes de acero fresados o de insertos de
carburo de tungstenoy constan de tres importantes componentes:
d . Barrenas t r icn icas
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
1. Estructura cortadora 2. Sistema de rodamiento 3. Cuerpo de la barrena
Dientes fresados
Insertos de carburo
de tugsteno
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Clasificar las formaciones puede ser tan complicado como se desee, sin embargo,
en base a la facilidad o dificultad que presentan a ser perforadas, se puedenagrupar en cuatro categorias:
Clasificacin de formaciones
Cada categoria o serie se subdivide
en cuatro grados de durezaCategoria o Serie de formacion
Aunque no es una
regla, normalmente laabrasividad de las
formaciones aumenta
con su dureza.
Blandas
Medias
Duras
Extra
Duras
Muy blanda
Blanda
Dura
Muy Dura
Muy blanda
Blanda
Dura
Muy Dura
Muy blanda
Blanda
Dura
Muy Dura
Muy blanda
Blanda
Dura
Muy Dura
Roca AbrasividadBlanda Baja
Media Media
Dura Alta
Extra dura Muy Alta
Abrasividad
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Triconicas Diamante Natural PDC TSP
Dientes de acero maquinados Piedras Irregulares Compactos Circulares Cortadores geomtricos
Insertos de carburo de Tungsteno en postes o cilindros
Balero estandar para bnas de dientes o insertos Cuerpo de Matriz Cuerpo de Matriz Cuerpo de Acero
Balero sellado para bnas de dientes o insertos Cuerpo de AceroChumacera estandar para Bnas de Dientes
Chumacera de Alto Rendimiento para Insertos
Toberas (generalmente tres) Vias de Agua Toberas (variable) Vias de Agua
Diseo para perforacion con aire
Proteccion al Calibre Proteccion al CalibrePara control direccional Para control direccional
Con toberas extendidas
Para perforacion horizontal Para perforacion horizontal
Para operar con motor de fondo Para operar con motor de fondo
Descarga central para no inducir derrumbe
Diferentes tipos de Insertos (conicos, cincel, boton,etc)
Proteccion adicional en piernas y cuerpo Proteccion adicional en cuerpo
Bi-conica
Para desviar con tobera
Caracteristicas Adicionales Caracteristicas Adicionales
Sistema de rodamiento Sistema de rodamiento No Aplica (no tienen)
Area de flujo: Area de flujo:
Cortadores Moviles (Conos dentados) Cortadores Fijos (Piedras y Compactos)Estructura de corte
Clasificacin de Barrenas
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Mecanismo de perforacion de las bnas triconicas
Figura # 4.6
Mecnica de corte por cinceleo y
trituracin
Figura # 4.2
Conos con Dientesde Acero maquinados
Insertos de Carburode Tungsteno
La perforacion de lleva a cabo como resultado del golpeteo repetitivo de los dientes o insertossobre la formacin, a medida que los conos van rotando sobre sus baleros como resultado de
movimiento rotatorio que la sarta le transmite por el efecto del torque que recibe de la mesa
rotaria
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Revestimiento de Dientes para favorecer el proceso de Autoafilado
Caracteristicas de barrenas triconicas
Esta es una caracteristica que bien aprovechada reditua rendimientos
excelentes con bnas triconicas.
Para que el revestimiento de los dientes rinda los resultados esperadoses necesario que al transcurrir la vida de la barrena se le apliquen las
condiciones de operacin adecuadas para propiciar el proceso de
Autoafilado de Dientes. Uno de los parametros indispensables para
lograrlo es el Peso sobre barrena. Si el peso aplicado a la bna es
insuficiente para este proposito, los dientes se achataran y
disminuir sensiblemente su capacidad para perforar.
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BARRENAS TRICNICAS
Barrenas de Perforacin
Insertos Dientes maquinados
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Los Insertos se fabrican en diferentes tamaos y formas de acuerdo con las formaciones a
perforar. A mayor dureza de la roca menor tamao. Tambien esto es valido para los dientes
Caracteristicas de barrenas triconicas
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La estructura cortadora (diente).- La estructura de corte esta montada sobre los cojinetes,los cuales corren sobre pernos y constituyen una parte integral del cuerpo de la barrena.
Sistema de rodamiento.
1. Una conexin roscada que une la barrena
con la tubera.
2. Tres ejes de cojinetes donde van
montados los conos.
3. Los depsitos que contienen el lubricante
para los cojinetes.
4. Toberas u orificios por donde sale el fluido
de perforacin para la limpieza del pozo.
d . Barrenas t r icn icas
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
Cuerpo de la barrena.- El cuerpo de la barrenaconsta de:
Conos
Toberas
Conexin
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Cdigo IADC para barrenas tricnicas
Las barrenas tricnicas son las ms utilizadas en la perforacin petrolera, y para otras
aplicaciones como: pozos de agua, minera y geotermia. Cada compaa tiene sus
propios diseos con caractersticas especificas.
Para evitar confusin entre los diferentes tipos de barrenas equivalentes en relacin con
sus distintos fabricantes, la Asociacin Internacional de Contratistas de Perforacin
(IADC) ha desarrollado un sistema estandarizado para clasificar las barrenas tricnicas
de rodillos de acuerdo con:
d . Ba rrenas tr icn i cas
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
El tipo de diente (acero o inserto)
El tipo de formacin (en trminos de serie y tipo) Las caractersticas mecnicas
Funcin del fabricante
El sistema de clasificacin permite hacer comparaciones entre los tipos de barrenas que
ofrecen los fabricantes. El sistema de clasificacin consta de tres dgitos:
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El primer dgito.- Identifica el tipo de estructura de corte y tambin el diseo de laestructura de corte con respecto al tipo de formacin, como se relaciona a continuacin:
1. Dientes fresados para formacin blanda.
2. Dientes fresados para formacin media.
3. Dientes fresados para formacin dura.
4. Dientes de inserto de tungsteno para formacin muy blanda.
5. Dientes de inserto de tungsteno para formacin blanda.
6. Dientes de inserto de tungsteno para formacin media.
7. Dientes de inserto de tungsteno para formacin dura.
8. Dientes de inserto de tungsteno para formacin extra dura.
d . Barrenas t r icn icas
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FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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El segundo dgito.- Identifica el grado de dureza de la formacin en la cual se usar labarrena y vara de suave a dura como se indica:
1. Para formacin suave.
2. Para formacin media suave.
3. Para formacin media dura.
4. Para formacin dura.
El tercer dgito.- Identifica el sistema de rodamiento y lubricacin de la barrena.
1. Con toberas para lodo y balero estndar.
2. Toberas para aire t/o lodo con dientes diseo en T y balero estndar.
3. Balero estndar con proteccin en el calibre
4. Balero estndar sellado autolubricable.5. Balero sellado y proteccin al calibre.
6. Chumacera sellada.
7. Chumacera sellada y proteccin al calibre.
8. Para perforacin direccional.
9. Otras.
d . Barrenas t r icn icas
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Dientes de
Acero paraRoca Blanda
Dientes deAcero paraRoca Media
Dientes deAcero paraRoca Dura
Dientes deInsertos
Muy Blanda
Dientes deInsertosBlanda
Dientes deInsertosMedia
Dientes deInsertos
Dura
Dientes deInsertos
Muy Dura
7
8
1
2
3
SERIE DUREZA
4
5
6
SISTEMA DE RODAMIENTO
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Dientes de 1
Acero 2
Blanda 34
Dientes de 1
Acero 2
Media 34
Dientes de1
Acero2
Dura34
Dientes de 1Insertos
2
Muy Blanda34
Dientes de1
Insertos2
Blanda34
Dientes de1
Insertos2
Media 34
Dientes de1
Insertos2
Dura34
Dientes de1
Insertos2
Muy Dura34
SUAVEMEDIA SUAVE
MEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURA
SUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVE
MEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURA
7
8
1
2
3
SERIE DUREZA
4
DIENTESDEACERO
INS
ERTOS
5
6
SISTEMA DE RODAMIENTO
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Dientes de 1
Acero 2
Blanda 34
Dientes de 1
Acero 2
Media 34
Dientes de1
Acero2
Dura34
Dientes de 1Insertos
2
Muy Blanda34
Dientes de1
Insertos2
Blanda34
Dientes de1
Insertos2
Media 34
Dientes de1
Insertos2
Dura34
Dientes de1
Insertos2
Muy Dura34
SUAVEMEDIA SUAVE
MEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURA
SUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVE
MEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURA
7
8
1
2
3
SERIE DUREZA
4
DIENTESDEACERO
INS
ERTOS
5
6
SISTEMA DE RODAMIENTO
4 BALEROSELLADO
5 BALEROSELLADO Y
PROTECCINAL CALIBRE
6 CHUMACERAESTANDARSELLADA
7 CHUMACERACON PLATA YPROTECCINAL CALIBRE
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Dientes de 1
Acero 2
Blanda 34
Dientes de 1
Acero 2
Media 34
Dientes de1
Acero2
Dura34
Dientes de 1Insertos
2
Muy Blanda34
Dientes de1
Insertos2
Blanda34
Dientes de1
Insertos2
Media 34
Dientes de1
Insertos2
Dura34
Dientes de1
Insertos2
Muy Dura34
SUAVEMEDIA SUAVE
MEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURA
SUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVE
MEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURASUAVEMEDIA SUAVEMEDIA DURADURA
7
8
1
2
3
SERIE DUREZA
4
DIENTESDEACERO
INS
ERTOS
5
6
1 2 3 4 5 6 7SISTEMA DE RODAMIENTO
A Para perforacin con aire
BSello especial de balero
C Tobera en el centro.
D Control de desviacion
E Toberas extendidas
G Proteccion adicional al calibre
H Para perforacion horizontal o
geonavegacion
J Tobera para desviar
L Almohadillas de insertos
M Para perforar con motor de fondo
S Modelo de dientes de acero estandar
T Bna bi-conica
W Estructura de corte mejorada
X - Predominantemente dientes de
insertos tipo cincel
Y Dientes de Insertos conicos
Z Otra forma de insertos
Caracteristica Especial
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Estas ilustraciones de
barrenas de cortadores
fijos permitiran por
observacion ubicar las
cinco areas de interescomentadas. Se podrn
distinguir tambien algunas
diferencias en la zona del
calibre, del cono y algunos
otros detalles.PD
CTSP
Diamante
Natural
PD
C
TSPDiamanteImpregnad
o
La forma de la descarga de
lodo en las barrenas TSP y
Diamante es a traves de
vias de agua. En las bnas
PDC es por toberas. Conos
muy planos como el de la
TSP abajo de estas lineas
produciran una caida de
presion mas alta que las
otras. Teoricamente nodebera ser asi
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Las barrenas de diamante tienen un diseo muyelemental, a diferencia de las tricnicas carecen de
partes mviles. Normalmente el cuerpo puede ser de
acero o carburo de tungsteno (matriz) o una
combinacin.
El diamante utilizado puede ser natural o sinttico,
segn el tipo y caractersticas de la misma. La dureza
extrema y la alta conductividad trmica del diamante lo
hacen un material con alta resistencia para perforar en
formaciones duras y semiduras.
Las barrenas de diamante, a excepcin de las barrenas PDC, no usan toberas para circular el
fluido de perforacin, su diseo es tal que, el fluido de perforacin puede pasar a travs del
centro de la misma, alrededor de la cara de la barrena y entre los diamantes por unos canales
llamados vas de agua o de circulacin.
Las vas de circulacin en una barrena de diamante no son tan variadas como en una barrena
tricnica donde las toberas son intercambiables.
e. Barrenas de cor tadores f i jos
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Barrenas de diamante natural
El tipo de flujo es radial y el tipo de cortadores es de
diamante natural incrustado en el cuerpo de la barrena
con diferentes diseos. El mecanismo de corte es por
friccin y arrastre.
El uso de estas barrenas es limitado salvo en casos
especiales para formaciones duras, cortar ncleos de
formacin y como barrenas desviadoras en pozos con
formaciones muy duras y abrasivas. Entre ms dura y
abrasiva es la formacin, ms pequeo ser el
diamante. Los diamantes utilizados son redondos pero
irregulares.
Barrenas desviadoras
Corta ncleos
e. Barrenas de cor tadores f i jos
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Barrenas de diamante trmicamente estable (TSP)
Son utilizadas para perforar rocas duras como caliza dura, basalto y
arenas finas. Son ms usadas que las de diamante natural. Se caracteriza
por usar diamante sinttico de forma triangular, la densidad, el tamao y
forma del grano son caractersticas de cada fabricante.
Barrenas de compacto de diamante policristalino (PDC)
El diseo de los cortadores esta hecho con diamante sinttico en
forma de pastillas (compacto de diamante). A diferencia de las
barrenas de diamante natural y TSP, su diseo hidrulico se
realiza con sistema de toberas para lodo, al igual que las
barrenas tricnicas. Por su diseo y caractersticas, las barrenas
PDC cuentan con una gran gama de tipos y fabricantes,
especiales para cada formacin: desde muy suaves hasta muy
duras. Pueden ser rotadas a altas velocidades, utilizadas con
turbinas y motores de fondo y con diferentes pesos sobre
barrena. Por su versatilidad son las ms utilizadas.
e. Barrenas de cor tadores f i jos
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Perfiles basicos de barrenas de cortadores fijos
Decripcin de los tipos de barrenas
Basicamente se ubican cinco areas de interes: la zona del calibre que es el lado
lateral del cuerpo, en seguida esta el hombro, la siguiente zona es la conicidad
(taper), continua la nariz que es el area periferica de contacto con el fondo del
agujero y finalmente esta el cono que es la cavidad central de la parte inferior
del cuerpo de la bna que hace contacto directo con el fondo del pozo.
Calibre
ConicidadCono
Hombro
Nariz
Calibre
ConicidadCono
Hombro
Nariz
Calibre
Hombro
Conicidad
NarizCono
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Clasificacin de formaciones y tipos de barrenas
Figura # 4.1 Bnas de friccin PDC y diamante
Cortadores Fijos
Cuerpo slido
Piedras de Diamante natural
Compactos de diamante policristalino PDC
Compactos termalmente estables TSP
Proteccion al calibre
Figura # 4.3
Tamaos y diseos
de cortadores TSP
Figura # 4.2 Tamaos y
diseos de cortadoresPDC
Figura # 4.4 Tamaos y
formas de piedras de
diamante natural
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Clasificacin de formaciones y tipos de barrenas
Figura # 4.2 Tamaos y diseos de cortadores PDC
Las bnas PDC han revolucionado en gran
manera la perforacion, especialmente de
formaciones blandas. Cuando son
seleccionadas adecuadamente se logran
rendimientos verdaderamente
extraordinarios. Son capaces de perforar
durante cientos y en algunos casos miles
de horas, y lo mas sorprendente, a ritmos
de perforacion muy altos. Algunas de
estas bnas han llegado a perforar mas de
30 000 mts durante su vida util.
El tamao y numero de cortadores
policristalinos que tiene una bna PDCsigue la regla de a mayor dureza de la
roca menor el tamao y mayor el
numero de cortadores.
Los cortadores de 19 mm son
especialmente eficientes perforando
formaciones suaves, no tienen rival. Laoperacin de estas bnas requiere bajo
PSB, alta velocidad de rotacion y de
manera especial suficiente potencia
hidraulica para evitar el embolamiento.
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Figura # 4.3 Ejemplo de Bnas de corte por friccin PDC,diamante natural y TSP
Figura # 4.4 Mecnismo de corte de Bnas de friccin PDC, TSP y Diamante
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Cdigo IADC para barrenas de cortadores fijosLa IADC desarrollo el cdigo para las barrenas de cortadores fijos que consta de cuatro
caracteres (una letra y tres nmeros) que describen siete caractersticas bsicas:
1. Tipo de cortados
2. Material del cuerpo de la barrena.
3. Perfil de la barrena.4. Diseo hidrulico para el fluido de perforacin.
5. Distribucin del flujo.
6. Tamao de los cortadores.
7. Densidad de los cortadores.
e. Bar renas de cor tadores fi jos
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Clasificacin de barrenas Codigo IADC
Tambien dentro del Codigo IADC existen, los elementos necesarios para identificar de
manera universal las barrenas de cortadores fijos con cuatro caracteres:
El primerorepresenta el material del cuerpo.
Acero o Matriz (carburo de tungsteno).
El segundoindica la densidad de cortadores.
En bnas PDChay cuatro Densidades de cortadores como sigue:
Densidad 1 equivale a 30 o menos cortadores de 12mm,
Densidad 2 se refiere de 30 a 40 cortadores de 12mm,
Densidad 3 indica entre 40 y 50 cortaderes de12mm y
Densidad 4 se refiere a 50 o mas cortadores de 12mm.
En bnas de diamanteel tamao del cortador se d en piedras por kilate (ppk).
Densidad 6 representa diamantes mayores de 3ppk,,
Densidad 7 indica diamantes entre 3ppk y 7ppk y
Densidad 8 corresponde a diamantes mas pequeos de 7ppk.
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Clasificacin de barrenas Codigo IADC
El tercerode estos carcteres corresponde al tamao y tipo de cortador.
En barrenas PDC
1 indica tamao de cortadores mayor a 24mm,
2 indica cortador entre 24mm y 14mm,
3 tamao entre 14mm y 8mm y
4 cortador mas pequeo de 8mm.
En barrenas de Diamante
1 representa diamante natural,
2 corresponde a barrenas de diamante TSP,
3 indica una combinada de diamante Natural con diamantes TSP y
4 se refiere a barrenas de diamante impregnadas.
El cuartoy ultimo carcter representa el perfil del cuerpo de la barrena, asi entonces:
1 representa tanto bnas PDC cola de pescado como cara plana deDiamante natural o TSP
2, 3 y 4 indican perfiles que aumentan gradualmente su longitud
Una bna PDC virtualmente plana se identificara con un 2
Una bna de flanco largo estilo turbina se codificara con un 4
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M = Matriz
< 30 30-40 40-50 > 50 1 2 3 4
1 2 3 4A = Acero
1 2 3 4 1 2 3 4
6 7 8 1 2 3 46 7 8 1 2 3 4
MuyLigero
MuyDenso
DiamanteNatural
< 3 ppk 3-7 ppk > 7 ppk
4to. CARACTER
Perfil del Cuerpo
Cola dePescadoo Plana
Corto Medio Largo24-14 mm 14-8 mm
3er. CARACTER
TSP Combinacin Impregnado
Tamao de las piedrasde Diamante
1er. CARACTER
Materialdel Cuerpo
Elemento
Densidad Equivalente aCortadores PDC de 12 mm
Ligero Denso
2do. CARACTER
Tamao
> 24mm
S = Steel
< 8 mm
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Clasificacin de barrenas Codigo IADC
Material del cuerpo M: indica cuerpo de matriz
Densidad de cortadores PDC: 4 indica que tiene mas de 50
cortadores equivalentes de 12mm
Tamao de los cortadores PDC: 3 indica que esta entre 14 y 8 mm
Tipo de Perfil: 2 equivale a una barrena de perfil plano.
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Las barrenas especiales, como su nombre lo indica se
usan para condiciones muy especificas y as tenemos la
siguiente clasificacin:
Barrenas desviadoras.
Barrenas ampliadoras.
Barrenas nucleadoras.
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Para el proceso de seleccin de barrenas es fundamental conocer los objetivos de la perforacin.Los principales aspectos que se deben tomar en cuenta para la seleccin de barrenas son:
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas
El Rendimiento de la barrena.-Uno de los principales objetivos es perforar el pozo en el menor
tiempo posible o sea, perforar la mayor cantidad de metros en un tiempo de rotacin aceptable.
La trayectoria del pozo (vertical o direccional).
Economa.-El factor econmico es fundamental para la seleccin de barrenas.
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TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas
Litologa.-Por lo general la informacin geolgica es la primera que se necesita para determinar
la mejor seleccin de las barrenas: Tipo de roca, dureza, homogeneidad, fracturas, etc.
Dim. 12" X 14 3/4" Toberas Longitud T.E.B.* P.S.B. Gasto Vel. Pen. Pot. Bna.
Bna. No. Tipo ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs ) ( Ton ) ( gpm ) ( min / m ) ( HP/pg2)
1 PDC 2(14); 5(11) 3800 4671 871 120 4 - 8 120 - 150 572-540 8.27 1.59 - 1.38
Dim. 10 5/8" X 12 1/4" Toberas Longitud T.E.B.* P.S.B. Gasto Vel. Pen. Pot. Bna.
Bna. No. Tipo ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs ) ( Ton ) ( gpm ) ( min / m ) ( HP/pg2)
1 PDC 2(12), 6(11) 4671 6158 1487 300 4 - 8 120 - 150 485 12.10 1.40 - 1.36
Dim. 8 3/8" Toberas Longitud T.E.B.* P.S.B. R.P.M. Gasto Vel. Pen. Pot. Bna.
Bna. No. TIPO ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs ) ( Ton ) ( gpm ) ( min / m ) ( HP/pg2)
1 PDC 1)14;1)16;3)11 6158 6458 300 90 8 - 12 80 - 100 300 18.00 2.46
2 517 3)14; 1)16 6458 6528 70 50 5 - 8 80 - 120 300 42.86 2.30
3 PDC 1)14;1)16;3)11 6528 6804 276 150 8 - 12 80 - 100 300 32.61 2.46
R.P.M.
Intervalo ( m )
Intervalo ( m )R.P.M.
Intervalo ( m )
Registro de barrenas
Registro de barrenas .-Un anlisis objetivo de los pozos de correlacin ofrece la oportunidad de
comprender las condiciones en el fondo del pozo, las limitaciones de su perforacin y en muchos
casos la adecuada seleccin de barrenas. Un adecuado anlisis del registro de las barrenas
proporcionan datos de gran valor como:
Factores impo rtantes
FACU TA DE INGENIERIA El d P f i
-
7/23/2019 Barrenas.pdf
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TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas
Coeficiente de penetracin.-El cual es una indicacin de la dureza de la roca, no obstante una
seleccin inadecuada de la barrena puede ocultar las caractersticas reales de dureza.
Fluidos de perforacin.-El tipo y calidad del fluido de perforacin utilizado tiene un importanteefecto en el rendimiento de la barrena. Los fluidos base aceite mejoran el rendimiento (PDC).
Hidrulica.-La hidrulica proporciona el enfriamiento y limpieza a la barrena. El anlisis histrico
mostrara los parmetros utilizados y que oportunidades existen para una mejor utilizacin.
Factores impo rtantes
Costos.- La barrena debe tener las cualidades que satisfagan las necesidades de aplicacin al
menor costo.
FACULTA DE INGENIERIA El t d P f i
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TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas Factores qu e afectan la seleccin de barrenas
Limitaciones de peso sobre la barrena.- Cuando se presenta esta situacin, una barrena de
cortadores fijos (PDC) tiene posibilidades de ofrecer un mayor ritmo de penetracin que una
barrena de roles.
Escala de RPM.- Cuando se aplicara alta velocidad de rotacin a la barrena, la barrena de
diamantes nos ofrece mayor eficiencia que la de roles.
Formaciones nodulares.-En formaciones como pirita y conglomerados las barrenas de roles son
ms efectivas, ya que las de diamante se daan debido al impacto.
Ampliacin.-Cuando se requiere la ampliacin de un intervalo cuya duracin sea mayor de 2 hrs
se deben considerar barrenas de roles.
Pozos profundos.-Se debe considerar una barrena de diamante que nos ofrezca mayor duracin
(menos viajes).
Motor de fondo.-Los motores de fondo funcionan con altas RPM por lo que se recomineda la
utilizacin de barrenas de diamante.
FACULTA DE INGENIERIA El t d P f i
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Un procedimiento prctico y sencillo para optimizar la perforacin es elegir los parmetros de
perforacin tales como: tipo de barrena, peso sobre la barrena y velocidad de rotacin, ms
que obtener la velocidad de perforacin promedio del rea.
1. Seleccionar los pozos de correlacin.
2. Recopilar la informacin sobre los registros de las barreas utilizadas en los pozos.3. Calcular el costo por metro de cada barrena a utilizar.
4. Realizar una grfica de Costo/metro vs. Profundidad.
5. A partir de la grfica seleccionar las condiciones que den el costo mnimo.
CM = CB + CE + (TR+TV)
M
CM = costo por metro perforado, dlares/metro
CB = costo de la barrena, dlaresTV = tiempo de viaje, horas
TR = tiempo de rotacin, horas
CE = costo de operacin del equipo, dlares/hora
M = metros perforados
TV = 0.0025 Profundidad (m)
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas
Procedimiento
FACULTA DE INGENIERIA El t d P f i
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Prof. Ing. Israel Lpez Valdez
Perforado
Programado
En perforacion
A
B
D
C
7
8
5
3 92
14
6
12
1.- Pozos de correlacin
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas
2 Recopilacion de la informacion 3 Calcular el costo por metro
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No.
Barrena
Dimetro
pg
Tipo
barrena
Costo
dlares
Prof. Inicial
m
Prof. Final
m
Metros
perforados
Tiempo
rotacin
hrs Costo / m
Costo por
intervalo
1 17 1/2 111 5,062 0 1,352 1,352 78 22 29744
2 12 1/4 114 2,500 1,352 1,788 436 37 36 15696
3 12 1/4 114 2,500 1,788 2,105 317 18 32 10144
4 12 1/4 114 2,500 2,105 2,363 258 27 51 13158
5 12 1/4 126 3,050 2,363 2,758 395 46 50 19750
6 12 1/4 126 3,050 2,758 2,899 141 22 92 12972
7 12 1/4 517 8,400 2,899 3,355 456 88 85 38760
8 8 1/2 517 4,400 3,355 3,892 537 104 74 39738
9 8 1/2 517 4,400 3,892 3,958 66 33 288 19008
10 8 1/2 517 4,400 3,958 4,033 75 30 242 18150
11 8 1/2 517 4,400 4,033 4,144 111 32 170 18870
12 8 1/2 517 1,100 4,144 4,181 37 11 253 9361
13 8 1/2 517 4,400 4,181 4,426 245 75 130 31850
14 8 1/2 517 4,400 4,426 4,511 85 21 189 16065
15 8 1/2 517 4,400 4,511 4,756 245 63 117 28665
58,962 4,756 685 321,931
Pozo No. 1
No.
Barrena
Dimetro
pg
Tipo
barrena
Costo
dlares
Prof. Inicial
m
Prof. Final
m
Metros
perforados
Tiempo
rotacin
hrs
Costo / m Costo por
intervalo
1 17 1/2 114 7,400 0 1,067 1,067 36 18 19206
2 12 1/4 114 2,500 1,067 1,622 554 26 21 11634
3 12 1/4 114 2,500 1,622 2,057 435 28 30 13050
4 12 1/4 114 2,500 2,057 2,048 27 6 251 6777
5 12 1/4 114 2,500 2,048 2,308 224 32 66 14784
6 12 1/4 114 2,500 2,308 2,468 160 30 90 14400
7 12 1/4 517 8,400 2,468 2,878 410 80 87 35670
8 12 1/4 517 8,400 2,878 3,231 353 82 104 36712
9 8 1/2 517 4,400 3,231 3,471 240 78 133 31920
10 8 1/2 517 4,400 3,471 3,471 6 10 400 2400
11 8 1/2 517 4,400 3,471 3,735 258 95 144 37152
12 8 1/2 537 4,400 3,735 3,878 143 45 157 22451
13 8 1/2 537 4,400 3,878 3,995 117 45 193 22581
14 8 1/2 537 4,400 3,995 4,106 111 40 192 21312
15 8 1/2 537 4,400 4,106 4,166 60 20 256 15360
16 8 1/2 627 4,400 4,166 4,190 24 18 500 12000
17 8 1/2 537 4,400 4,190 4,273 83 30 222 18426
18 8 1/2 Diamante 14,875 4,273 4,410 137 150 475 65075
19 8 1/2 Diamante 14,875 4,410 4,615 205 160 333 68265
20 8 1/2 517 4,400 4,615 4,878 263 98 150 39450
110,450 4,877 1,109 508,625
Pozo No. 2
2. Recopilacion de la informacion 3. Calcular el costo por metro
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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De la grfica se observa que hasta
2000 m aproximadamente, se deben
usar las condiciones de operacin del
pozo 2 y de 2,000 a 4,800 m las
condiciones del pozo 1.
Utilizando los datos de las tablas
anteriores realizar el programa de
barrenas para un pozo nuevo.
0
500
1000
2000
3000
4000
5000
5 10 15 20 25 30 35 40
Pozo 2
Pozo 1
Pozo 2Profundida
d(m)
Costo 1000 dlls
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas 4. Graficar el costo por metro vs profundidad
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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Existe el concepto errneo de que una barrena que perfora ms metros o que dure ms
tiempo perforando es la que da el mnimo costo por metro perforado. Para ilustrar el
concepto anterior se presenta el siguiente ejemplo:
Peso sobre
barrena
(ton)
Velocidad de
rotacin
(rpm)
Metros
perforados
Horas de
rotacin
Caso 1 38 80 150 6
Caso 2 32 85 200 10
Caso 3 30 85 250 15
El costo del equipo es de: 500
dlares la hora.
El costo de la barrena es de:
1,500 dlares.
El tiempo promedio de viaje es
de 6 horas.
Caso 1 CM = (1,500 + 500(6+6)) / 150 = 50 dll/m
Caso 2 CM = (1,500 + 500 (10 + 6)) / 200 = 47.5 dll/m
Caso 3 CM = (1,500 + 500(15 + 16)) / 250 = 48 dll/m
Caso 1 Vel Perf = 150 / 6 = 25
Caso 2 Vel Perf = 200 / 10 = 20
Caso 3 Vel Perf = 250 / 15 = 16
CM = CB + CE + (TR+TV)M
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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Como se puede observar de la tabla anterior, la barrena que da como resultado el
mnimo costo por metro es la del caso 2y es importante notar que no fue la que ms
metros perfor (caso 3), ni la que ms horas de rotacin trabaj (caso 3), ni la quemayor velocidad de perforacin obtuvo (caso 1).
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas
Caso
Velocidad de
perforacion
( m / hr )
Horas de
rotacion
Metros
perforados
Costo por
metro
Dll/m
1 25 6 150 50.0
2 20 10 200 47.5
3 16 15 250 48.0
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas
Dureza
de la
Formacin
Tipo de
barrena
Descripcin de
la formacin
Estructura
cortadora
Excentricidad
y ngulo
de cono
Tamao de los
baleros y espesor
de la concha
Accin
cortadora
Formacin:
Medio
Suave
511, 514
516, 521
524, 526
Suaves no consolidadas
baja resistencia a la
compresin y alta
perforabilidad:
Arcillas, lutitas, sal de
intervalos grandes
Insertos blandos
en forma de
dientes
de extencin
mxima
Insertos blandos
de accin
raspadora y
Los insertos bandos
proveen conchas
de cono ms
delgadas y baleros
ms pequeos
Principalmente
raspado
con un mnimo
requerimiento de
astillado triturado
Formacin:
Media
531, 534
536, 511
614, 616
Intercalaciones m s
blandas de
formaciones duras:
calizas, dolomas y
lutitas arenosas
duras
Insertos medios:
en forma de
cua de
extensin media
Insertos medios:
accin trituradora
con ligero
raspado
Fundamentalmente
astillado y
rascado con
algo de accin
trituradora
Formacin:Media
Dura
621, 624626, 711
714, 716
Intercalaciones medias
en formaciones
duras:pedernal, granito
basalto y formaciones
cuarcticas
Insertos medios:
en forma de
cuade extensin
media
Insertos medios:
accin trituradora
con ligero
raspado
Principalmente
trituradora con
algo de accin
rascadora
Formaciones:
Extremadamente
Duras
721, 724
726, 811
814, 816
as m s uras y
abrasivas:
cuarcitas y arenas
cuarciticas duras
Insertos duros:
de forma cnica
de mnima ext
con mxima
resistencia
Insertos duros:
accin trituradora
Inserto tipo duro
provisto de baleros
grandes con una
seccin de concha
gruesa
Solamente acci n
trituradora y
fracturadora
Insertos tipo medio
previsto de una
seccin de concha
ms gruesa para
mayor resistencia
Guia para la seleccin de barrenas de Carburo de tungsteno
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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Durezade la
formacin
Tipode
barrena
Tipode
roca
Estructuracortadora
Exentricidado ngulo del
cono
Tamao de losbaleros y espesor
de la concha
Astillado
triturado
Rascado
raspado
Formacin:
Suave
111, 114
116, 121
124, 126
Formaciones blandas
que tengan poca
resistencia compresiva y
alta perforabilidad:
Lutitas suaves,
arcillas, lechos rojos,
sal calizas suaves y
formaciones no
consolidadas
Formacin:
Media a
Suave
131, 134
136, 211
214, 216
ormac ones suaves
con intercalaciones de
estratos mas duros:
Lutitas o arenas no
consolidadas, lechos
rojos, sal anhidrita,
etc.
Formacin:
Media aSuave
221, 224
226, 231
234, 236241, 244
246
Formaciones medias aduras:
Lutitas arenosas y
calizas
Dientes de
longitud media
menos espaciados
Excentricidad
media con accincombinada
raspado y
triturado
Baleros y espesorde concha mediano
para cargas sobre
barrena moderadas
Formacion:
Dura
311, 314
316, 321
324, 326
341, 344
346
Formaciones medias
duras, duras abrasivas y
duras:
Dolomias, caliza dura
y lutita dura
Dientes de
longitud corta
poco espaciados
para accin
triturante con
mxima
resistencia a la
ruptura
Rodillos rectos
para accin de
astillado
Baleros grandes y
conchas gruesas
para soportar
grandes cargas
Guia de seleccin para barrenas de dientes de acero
Dientes largos
y espaciados
para
penetracion
profunda:
Se utiliza eldiseo
interrumpidos
para una
mejor limpieza
y mayores
velocidades
de penetracin
Exentricidad
mxima en
los conos
deseado
para generaruna accin
de raspado
y alta
velocidad de
penetracin
en
formaciones
suaves
Generalmente sonbaleros pequeos
y conchas
delgadas para
permitir dientes
ms largos para
incrementar la
velocidad de
penetracin
Accin cortadora
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin de bar renas
Tipo de
Formacin
Tipo de
Roca
Barrenas
PDC
Barrenas
D.N.
Barrenas
TSP
Formacin suave con capas
pagajosas y baja resistencia
compresiva
Lutita
Marga
M 314, M 611
M 612, M 672
M 342
Formacin suave con baja
resistencia compresiva yalta perforabilidad
Marga, Sal
AnhidritaArcilla
M 312
M 645
D2 RI
D1 X2
Formacin suave a media con
baja resistencia compresiva con
intercalaciones duras
Arcilla
Arena
Yeso
M 646
M 346
M 256
D2 R2
M 263
T 2R8
T 646
Formacin media a dura densa
con alta a muy alta resistencia
compresiva pero no abrasiva con
pequeas capas abrasivas
Arcilla, Mudstone
Arenisca
Caliza, Dolima
Anhidrita
D 2X5
D 4X6
T 2X8
T 2R8
Formacin dura y densa con muy
alta resistencia compresiva y
algunas capas abrasivas
Siltstone
Arenisca
Mudstone
D 5X9
D 4X9
D 560
Formacin
extremadamente dura
y abrasiva
Cuarcita
Volcnica
D 560
Guia de seleccin para barrenas de diamante
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
f . Seleccin del dimetro de la barrena
El programa de dimetros de barrenas depende de los dimetros de las tuberas de
revestimiento. Las barrenas estn disponibles en casi cualquier dimetro deseado, salvo las
barrenas no estndar o fuera de lo comn.
La siguiente figura puede usarse para seleccionar los dimetros de las barrenas y tuberas de
revestimiento para casi todos los programas de perforacin.
Ejemplo: Usando la figura (de la diapositiva siguiente) realizar la seleccin de dimetros de
barrenas y tuberas de revestimiento para un pozo que terminara en TR de 4 pg y se
requerirn instalar 5 tuberas adicionales.
Tubera
pg
Barrena
pg
Tubera
pg
Barrena
pg
4 1/2 6 - 5 7/8 4 1/2 6 1/8 - 6 1/2
7 8 1/2 7 5/8 9 1/2
9 5/8 12 1/2 10 3/4 14 3/4
13 3/8 17 1/2 - 18 1/2 16 20 - 22
20 26 24 30
Primer arreglo Segundo arreglo
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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4 5 4 5
6 5/8 7
4 5 7/8 6 1/8 6 7 7/8
7 7/8
7 5/8
7
2016
8 5/8 9 5/8
8 12 9 10 5/88
8 5/89 5/8
9 7/810 11
11 7/813 3/8
14
10 12 14 17
11
11 7/813 3/8
14
14 17 20 26
16 20 24 30
TUBERIA
REVESTIMIENTO
BARRENA
BARRENA
TUBERIA
DE
REVESTIMIENTO
TUBERIADE
REVESTIMIENTO
BARRENA
BARRENA
TUBERIADE
REVESTIMIENTO
TUBERIA
REVESTIMIENTO
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
Gua para la seleccin del dimetro de la barrena
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
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7/23/2019 Barrenas.pdf
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Los factores que afectan el desgaste de las barrenas se puede dividir en:Factores geolgicos.- El factor ms importante para la seleccin y operacin de una
barrena es el conocimiento geolgico; la composicin y la resistencia especfica de la roca,
ya que materiales abrasivos en la roca son la causa del desgaste prematuro en toda la
estructura de la barrena.
Factores operativos.- Estos factores deben ser diseados de acuerdo con la geologa por
atravesar y la geometra del agujero. Los principales factores son:
Peso sobre la barrena.- A medida que la barrena perfora los cortadores se van desgastando
por lo que se requiere de mas peso, si el peso aplicado no es el correcto, la barrena tendr
un desgaste prematuro.
Limpieza en el fondo del pozo.- Una limpieza eficiente evita embolamiento de la barrena y
desgaste prematuro por exceso de temperatura.Manejo y transporte.- Sin importar el tipo de barrena, debe moverse de su embalaje y
colocarse sobre madera, nunca se debe rodar sobre la cubierta metlica del piso de
perforacin, sobre todo las de diamante porque son muy frgiles y los elementos cortadores
se pueden daar y reducirse con esto la vida de la barrena.
TEMA IV Herramientas de perforacin Barrenas
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforacin
h. Factores que afectan el desgaste de las barrenas