cap 5 barrenas

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5. BARRENAS

5.1. ¿QUÉ ES UNA BARRENA?

Es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta deperforación, utilizada para cortar o triturar la formación durante el proceso de laperforación rotaria.

Su función es perforar los estratos de la roca mediante el vencimiento de suesfuerzo de compresión y de la rotación de la barrena.

5.2. COMPONENTES DE UNA BARRENA

El cuerpo de una barrena tricónica consiste en:

a) Una conexión roscada (piñón) que une la barrena con una doble cajadel mismo diámetro de los lastrabarrenas (drill collars).

b) Tres ejes (muñón) del cojinete en donde van montados los conos.c) Tres conos.d) Los depósitos que contienen el lubricante para los cojinetese) Los orificios (toberas) a través de los cuales el fluido de perforación

fluye para limpiar del fondo el recorte que perfora la barrena.f) Cortadores (dientes o insertos).g) Hombro de la barrena.

Figura 5.1 Componentes de una barrena tricónica

f) Dientes o insertos(cortadores)

c) Cono

e) Tobera

d) Depósitode lubricante

b) Eje (muñón)

g) Hombro dela barrena

a) Piñón

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El cuerpo de una barrena PDC consiste en:

a) Una conexión roscada (piñón) que une la barrena con una doble cajadel mismo diámetro de los lastrabarrenas (drill collars).

b) Numerosos elementos de corte policristalino (cortadores).c) Aletas (en algunos modelos).d) Los orificios (toberas) a través de los cuales el fluido de perforación

fluye para limpiar del fondo el recorte que perfora la barrena.e) Hombro de la barrena

Figura 5.2 Componentes de una barrena PDC

a) Piñón

e) Hombro de labarrena

b) Cortadoresd) Tobera

c) Aletas

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5.3. CONOCIMIENTOS GENERALES DE BARRENAS

En la actualidad existen varios tipos de barrenas para la perforación depozos petroleros que difieren entre sí, ya sea en su estructura de corte o por susistema de rodamiento, por ejemplo, cuando son de tres conos o por losmateriales usados en su construcción. De acuerdo con lo anterior, las barrenas seclasifican en: (Figuras 5.3, 5.4 y 5.5).

• Barrenas tricónicas.

• Barrenas de cortadores fijos.

• Barrenas especiales.

Figura 5.3 Barrenas Tricónicas Figura 5.4 Barrenas de Cortadores Fijos

Figura 5.5 Barrenas especiales

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Barrenas Tricónicas

Las barrenas tricónicas tienen 3 conos cortadores que giran sobre su eje.Por su estructura de corte se fabrican de dientes (figura 5.6) y de inserto decarburo de tungsteno (5.7)

Figura 5.6 Figura 5.7

Por su sistema de rodamiento pueden ser de balero sellado (Figura 5.8), debalero estándar (5.9 y de chumaceras (5.10).


Figura 5.10

Actualmente las barrenas tricónicas sólo son usadas en las primeras etapasde la perforación.

Chumacera

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Una de las situaciones importantes que deben tomarse en cuenta para unacorrecta instalación de las barrenas tricónicas, es su apriete, ya que un aprieteexcesivo puede fracturar el piñón, por otro lado un apriete deficiente, puedeocasionar la pérdida de la barrena en el fondo del pozo.

En la siguiente tabla se mencionan el tipo de conexión, apriete, peso sobrebarrena y revoluciones por minuto.

Tabla 5.1 PESO SOBRE BARRENA TRICÓNICA DE DIFERENTES DIAMETROS Y SU APRIETEDE ACUERDO A LA CONEXIÓN DEL PIÑÓN.

DIAMETRO CONEXIÓN APRIETE

Lbs/pie

PSB(peso sobre

barrena)TON.

RPM(revolucionespor minuto)

17 ½” 6 5/8” regular 31000 14-18 100-200

14 ¾” 6 5/8” regular 31000 8-22 70-160

12 ¼” 6 5/8” regular 31000 8-22 70-160

9 ½” 6 5/8” regular 31000 6-18 75-150

8 ½” 4 ½” regular 15000 6-18 75-150

6 ½” 3 ½” regular 7500 6-12 75-150

6 1/8” 3 ½” regular 7500 6-12 70-120

6 “ 3 ½” regular 7500 6-12 70-120

5 7/8” 3 ½” regular 7500 6-12 70-120

Nota: La conexión del piñón para las barrenas de 14 ¾ a 17 ½ pg puede ser de6 5/8 o de 7 5/8 pg API Regular.

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Barrenas de cortadores fijos

Las barrenas de cortadores fijos son cuerpos compactos, sin partesmóviles, con diamantes naturales o sintéticos incrustados parcialmente en susuperficie inferior y lateral que trituran la formación por fricción o arrastre.

Se dividen en:

• Barrenas de diamante natural• Barrenas de diamante térmicamente estable (TSP)• Barrenas compactas de diamante Policristalino (PDC)

Barrenas de diamante natural

Las barrenas de diamante natural tienen un cuerpo fijo cuyo material puedeser de matriz o de acero (figura 5.11). Su tipo de corte es de diamante natural (eldiamante es el material más duro hasta ahora conocido) incrustado en el cuerpode la barrena.

El uso de estas barrenas es limitado en la actualidad, salvo en casosespeciales para perforar formaciones muy duras y abrasivas.

Figura 5.11 Barrena de diamante natural

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Barrenas de diamante térmicamente estable (TSP)

Las barrenas térmicamente estable (TSP) (figura 5.12). Son usadas paraperforar rocas duras, por ejemplo caliza dura, basalto y arenas finas duras, entreotras.

Figura 5.12 Barrena de diamante TSP

Barrenas de compacto de diamante Policristalino (PDC)

Las barrenas PDC pertenecen al conjunto de barrenas de diamante concuerpo sólido y cortadores fijos (figura 5.13).

Figura 5.13 Barrena de compacto de diamante policristalino (PDC)

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Su diseño de cortadores está hecho con diamante sintético en forma depastillas (compacto de diamante), montadas en el cuerpo de los cortadores de labarrena, pero a diferencia de las barrenas de diamante natural y las TSP, sudiseño hidráulico se realiza con sistema de toberas para lodo, al igual que lasbarrenas tricónicas.

Este tipo de barrena es la más utilizada en la actualidad para la perforaciónde pozos petroleros.

Barrenas especiales

Las barrenas especiales pueden ser de dos tipos: ampliadoras (figura 5.14)o bicéntricas (figura 5.15) y se utilizan para operaciones tales como: la ampliacióndel diámetro del agujero, ya sea desde la boca del pozo (superficial) o desde unaprofundidad determinada.


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Código IADC para barrenas tricónicas y de cortadores fijos

Código IADC para barrenas tricónicas

Las barrenas se fabrican para diferentes tipos de formaciones quegeneralmente son:

• Formaciones suaves• Formaciones medias• Formaciones duras• Formaciones extraduras

Para evitar confusión entre los tipos de barrenas equivalentes en relacióncon sus distintos fabricantes se creó el código IADC (Asociación Internacional decontratistas de perforación), de clasificación de tres dígitos, como se ilustra en latabla.

Tabla 5.2CLASIFICACIÓN DE BARRENAS TRICÓNICAS CÓDIGO IADC (TRES DÍGITOS)

1 dígito 2 dígito 3er dígitoSistema de RodamientoSistema de corte Dureza1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 Suave2 Medio suave3 Medio duro

1 Dientes de acero paraformación blanda

4 Duro1 Suave2 Medio suave3 Medio duro

2 Dientes de acero paraformación media


Dientes de acero

3 Dientes de acero paraformación dura


4 Dientes de inserto paraformación muy blanda


5 Dientes de inserto paraformación blanda

4 Duro1 Suave6 Dientes de inserto para

formación media

1 Suave2 Medio suave3 Medio duro

7 Dientes de inserto paraformación dura


Dientes de inserto

8 Dientes de inserto paraformación extra dura

4 Duro Tob

eras

par

a lo

do y

bal

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bal

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Como ejemplo de lo anterior, describiremos un tipo de barrenacorrespondiente a tres dígitos.

Si tenemos una Barrena tipo 527.

El primer dígito identifica el sistema de corte, en este caso tenemos una barrenade dientes de inserto para formación blanda.

El segundo dígito nos da a conocer la dureza de la formación, y aquí correspondea una medio suave.

El tercer dígito corresponde al sistema de rodamiento, siendo para esta barrena,de chumacera sellada y protección al calibre.

Código IADC para barrenas de cortadores fijos

La finalidad del código IADC (Asociación Internacional de Contratistas dePerforación) es solamente un medio para agrupar el aspecto general de lasbarrenas de cortadores fijos. A diferencia de la clasificación IADC para barrenastricónicas, el código IADC para barrenas de cortadores fijos no los relaciona con laformación por perforar. Únicamente se pueden identificar sus características máselementales. La elección de tipos específicos de barrenas debe hacerla unapersona que esté bien enterada de la tecnología de barrenas así como de sudisponibilidad.

La clasificación se representa mediante un código de cuatro cifras:

1. Material del cuerpo:De acero o de matriz

2. Densidad de cortadores:Para barrenas PDC, este dígito va de 1 a 5.Mientras más bajo es el número, menos cortadorestiene la barrena.

3. Tamaño de los cortadores:Este dígito indica el tamaño de cortador que se usa.Puede ser 1, 2 o 3, de diámetro en orden descendente.

4. Forma:El último dígito indica el estilo general del cuerpo de la barrena y varíade 1 (forma achatada) a 4 (flanco largo).

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5.4. CLASIFICACIÓN DE TOBERAS.

La tobera juega un papel muy importante en la perforación de un pozo, yaque por medio de las toberas se nota el avance de la barrena.

Existen 3 tipos de toberas:

• Roscables (hexagonal y cuadrado) (figuras 5.16 y 5.17).• De clavo o seguro (figura 5.18).• De candado (figura 5.19).



Toberaroscablecuadrada

Toberaroscablehexagonal

Tobera decandado

Toberadeclavo

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5.5. EVALUACIÓN DE BARRENAS.

Calibración

La calibración en las barrenas, se realiza para medir el desgaste que hantenido en el transcurso de las horas-trabajo de éstas. El calibrador que se utilizapara las barrenas tricónicas es una regla en forma triangular que mide el desgastede los conos.

En caso de que no se cuente con un calibrador de fábrica, se utiliza unalámina de acero, en forma de anillo, con agarradera, y una regla. El anillo deberátener el diámetro de la barrena que se va a usar. Este anillo se utiliza para calibrarlas barrenas de diamante policristalino y las tricónicas.

Cuando la barrena es nueva el anillo deberá entrar ajustado. Cuando sale labarrena del pozo, se vuelve a medir indicando desgaste cuando tenga juego elanillo calibrador, procediendo a medir con la regla para determinar el porcentajede desgaste que tuvo la barrena.

La calibración de las barrenas es de mucha utilidad para saber el desgasteen el diámetro de la misma, y así al meter la barrena nueva se evitara unacuñamiento de la sarta por reducción del agujero.

La clasificación y evaluación subsecuentes del grado y tipo de desgaste deuna barrena usada, desempeña un papel muy importante en el proceso deperforación.

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Desgaste para Barrenas de Dientes de Acero

DESGASTES DE DIENTES

A continuación se explican los códigos de desgaste más usados yaceptados en el campo de la perforación.

T0 = 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.

Figura 5.20

DESGASTE DE BALEROS

El desgaste de los baleros debe considerarse también según la escala deoctavos. Para balero nuevo B0 y balero desgastado 100%, B8. Cuando losbaleros se atraviesan en la superficie de rodamiento (pista) y traban el cono, seconsidera B6. Cuando uno o varios rodillos se han quedado fuera del cono, seconsidera B8.

Es decir:

B0 = Vida del balero desgastado 0.B1= Vida del balero gastado 1/8.B2 = Vida del balero desgastado 1/4 (todavía ajustados).B3 = Vida del balero gastado 3/8.B4 = Vida del balero gastado 1/2 (algo flojos).B5 = Vida del balero gastado 5/8.

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B6 = vida del balero gastado 3/4 (muy flojos), trabados.B7 = Vida del balero gastado 7/8.B8 = Vida del balero gastado 8/8 (baleros perdidos y/o conos trabados).

Ejemplo:

T2-B4-DI (Dientes desgastados 1/4, media vida de baleros, algo flojos, sindesgaste en el calibre).

T6-B6-1/2” (Dientes desgastados 3/4, balero muy flojos y diámetro reducido1/2 pg).

Toda la información relacionada con las barrenas utilizadas en laperforación de un pozo se debe anotar en un formato conocido como registro debarrenas (o récord de barrenas) para su consulta inmediata o mediata.

Código de desgastes para barrenas de insertos

Los métodos para evaluar y codificar los desgastes pueden ser tansofisticados como se desee, pero es prudente tener en cuenta que el objetivo deellos es proporcionar la información suficiente para la selección adecuada de lasbarrenas que se utilizarán en los pozos futuros de la misma área. El o losmétodos de evaluación y codificación de desgastes deben ser claros y sencillos ensu interpretación. Por eso se sugiere la nomenclatura siguiente para las barrenasde insertos, con la advertencia de que puede ser modificada de acuerdo con lasnecesidades particulares de cada área, sin que pierda por ello la sencillez de suinterpretación.

ESTRUCTURA DE CORTE. Observación general.

T2 - Una cuarta parte de los insertos totales se han desgastado, roto o perdido.T4 - La mitad de los insertos totales se han desgastado, roto o perdido.T6 - Tres cuartas partes de los insertos totales se han desgastado, roto o perdido.T8 - La totalidad de los insertos se han desgastado, roto o perdido.

SISTEMA DE RODAMIENTO.

Se observa y estima el porcentaje de vida de rodamientos, gastada en elcono que presente el peor estado.

B2 - Una cuarta parte de vida gastada.B4 - La mitad de la vida gastada.B6 - Tres cuartas partes de la vida gastada.B8 - Vida totalmente gastada.

cap 5 barrenas

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