TREPANOSO Herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de perforación que se

utiliza para cortar o triturar la formación. O Su correcta selección y las condiciones óptimas de operación son las dos premisas

esenciales para lograr éxito en el proceso de perforación. O Su función es perforar los estratos de la roca mediante el vencimiento de su esfuerzo de

compresión y de la rotación de la barrena.Selección de trépanos

O Es muy importanteO El TRP es un componente principal en la sarta de perforación O Depende de las características de la formación O Costo de perforación en el área A continuación se mencionan algunos criterios para la selección de una barrena para perforar:O Rendimiento.O Tipo de pozo: vertical o direccional.O Análisis histórico.O Fluido de perforación.O Énfasis en los costos.O Limitaciones de peso sobre barrena.O Pozos profundos.O Aplicaciones con motores de fondo.O Litología ó tipo de roca.O Pozos de diámetro reducido.

Tipos de trepanos

Se clasifican en 2 grandes grupos:O Trépanos de cono.- Dentro de los trépanos de cono que actualmente se usan están:

O Los monoconos.- Estos se los utilizan para perforar pozos de gran diámetro con equipos que no cuentan con capacidad de bombas necesarias.

O Los triconos.- Son los trépanos más comunes y dependen de:- La estructura de corte - La estructura de rodamientoDe acuerdo a la estructura de corte, pueden ser de dientes tallados en el cono o de insertos de carburo de tungsteno “embutidos “o “comprimido” en los conos. El

cono1 se distingue porque en la nariz lleva una punta de flecha. El cono2 lleva una corona de dientes y el cono3 no lleva nada.

O Los multiconos O Trépanos de arrastre .- Existen en la actualidad dos grupos de sistemas de arrastre:

- Los Diamante (o impregnados).- Tienen una matriz de una aleación dura de acero conocida como matrix sobre los cuales se insertan granos de diamantes artificial de distintos tamaños .Estos trépanos tienen un agujero central y canales que distribuyen el lodo en toda la periferia del trepano de manera de evitar que en alguna zona haya un roce seco del trepano con la formación evitándose de esta manera un sobrecalentamiento que produce un rápido deterioro del trepano. Estos trépanos cortan por abrasión por lo que no se caracterizan por una alta velocidad de penetración, pero si por un gran durabilidad son muy recomendados para terrenos muy duros y grandes profundidades.- Los PDC (policristalinos) Componentes:a) Una conexión roscada (piñón) que une la barrena con una doble caja del mismo

diámetro de los portamechas. 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.

Diamante natural.- Tienen un cuerpo fijo cuyo material puede ser de matriz o de acero. Su tipo de corte es de diamante natural (el diamante es el material más duro hasta ahora conocido) incrustado en el cuerpo de la barrena.

O TSP (policristalino térmicamente estable).- Son usadas para perforar rocas duras, por ejemplo caliza dura, basalto y arenas finas duras, entre otras.

Mec. de perforación vs. Tipo de TRP

FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE PENETRACIÓN

Código IADC- Cono de rodillos.- Identificación de la barrena seleccionada con el código IADC. Cada compañía tiene sus propios diseños de barrenas tricónicas y de diamantes, con las características específicas, del fabricante, de acuerdo con un código de estandarización emitido por la Asociación Internacional de Contratistas de Perforación (IADC).A continuación se muestran nuevamente la clasificación de las barrenas de acuerdo a la IADC, con la finalidad de verificar las características de la barrena para perforar.

Primer carácter (Material del cuerpo) Matrix (M) o Acero (S) y se refiere al material que constituye principalmente la broca.Segundo carácter (Densidad de los cortadores) Son 9 categorías, que identifican la cantidad de cortadores en la broca, divididas así:

BROCAS PDC (Carácter) DENSIDAD DE CORTADORES

1 Menos de 30 cortadores

2 30 – 40

3 40 – 50

4 Mas de 50 cortadores

5 Desarrollos futuros

BROCAS DE DIAMANTE (Carácter)

 DENSIDAD DE CORTADORES

6 Menos de 3 piedras/Kilate

7 3 – 7 piedras/Kilate

8 Mas de 7 piedras/Kilate

9 Desarrollos futuros

Tercer carácter (Tamaño y tipo de los cortadores) Especifica el tamaño del cortador ya sea para PDC o de Diamante, los TSP o diamantes termoestables:

BROCAS PDC (Carácter) DIÁMETRO DE CORTADORES

1 Mayor de 24 mm

2 14 – 24 mm

3 Menor de 14 mm

BROCAS DE DIAMANTE (Carácter)

TIPO DE CORTADOR

1 Diamante natural

2 Diamante Termoestable (TSP)

3 Mezcla de Natural y TSP

4 Broca impregnada de diamantes, la más alta densidad de diamantes

Cuarto carácter(El perfil) Toma en cuenta la longitud media del perfil cortante de la broca.

CARÁCTER PERFIL BROCAS PDC PERFIL BROCAS DE DIAMANTE

1 Cola de pescado Plano

2 Corto Corto

3 Medio Medio

4 Largo Largo

EVALUACIONES DEL DESGASTE DE LA BARRENAEl análisis y evaluación de cada barrena gastada puede ser de mucha utilidad para decidir el tipo de barrena a utilizar, o en su caso modificar sus condiciones de operación. Las tablas de evaluación de desgaste adoptada por la IADC incluye todos los códigos necesario para analizar el desgaste tanto de barrenas de conos como de barrenas de cortadores fijos. En el manual para ayudante de piso rotaria se tiene la evaluación del desgaste de una barrena tricónica, complementamos la información con la siguiente tabla de evaluación de desgaste de una barrena PDC

COSTO POR METRO Se considera al costo por metro como un parámetro de la evaluación económica de rendimiento. Parámetros de comparación como el costo de la barrena, velocidad de perforación, longitud perforada, etc. El objetivo es lograr el menor costo de perforación sin poner en riesgo las operaciones. Para calcular el costo por metro se aplica la siguiente formula, considerando que es valido para cualquier clase de barrena, incluyendo las PDC.

De donde: C = costo por metro perforado ($/m) B = Costo de la barrena ($)

R = Costo de operación del equipo de perforación por hora ($/Hr) T = Tiempo transcurrido durante la perforación (Hrs) Tv = Tiempo de viaje de la sarta de perforación (Hrs) Tc = Tiempo de conexión (Hrs) M = Metros perforados por la barrena (m)

Se incluye un parámetro denominado tiempo de conexión (Tc), el cual se calcula de la siguiente manera:Se divide la longitud perforada (M) entre 9.15, debido a que es la longitud estándar de un tubo de perforación. Se determina el número de conexiones. Se determina el tiempo de conexión en horas. ACCION DE CORTE DE LAS BARRENAS DE CORTADORES FIJOSLas barrenas de PDC desbastan (cortan por fricción) las formaciones, tal como los tornos desbastan el metal. Las de conos de rodillos, por otra parte, penetran la roca triturándola y resquebrajándola, lo cual se logra aplicando alto peso sobre la barrena para comprimir la formación hasta que falle. Las altas cargas verticales de compresión hacen que la roca ceda, a lo largo de un plano de falla situado aproximadamente a 40 grados del plano horizontal. Las barrenas de diamantes naturales, aunque su clasificación es de barrenas de arrastre (o sea la misma de las de PDC) avanzan como arados, abriendo surcos y luego triturando pero sincizallar la roca. La acción de corte de cualquier barrena desempeña un papel clave en la cantidad de energía que se requiere para atravesar una formación dada. Esta característica suele denominarse “energía específica” y es la cantidad de energía que se requiere para perforar una unidad dada de volumen de roca. Las barrenas cizallan directamente la roca, en vez de hacerlo por compresión vertical para provocar la falla por cizallamiento a lo largo de su plano natural de falla, requieren menos energía específica por regla general, la fuerza de cizallamiento es la mitad de la fuerza de compresión. Esta relación, sin embargo, puede variar con el tipo específico de roca.El compacto de diamantes policristalinos (PDC) consiste en una capa de partículas adheridas de diamantes sintéticos, respaldada por otra capa más gruesa de carburo de tungsteno. Los cristales de los diamantes sintéticos son, al igual que en casi todos los diamantes naturales, de estructura monocristalina; es decir, que cada diamante sólo tiene un cristal, sea cual fuese su tamaño. Dada la forma de la estructura molecular de su cristal, los diamantes se pueden partir por impacto, si el golpe se da en la orientación correcta. El diamante policristalino, que es un conglomerado de diminutas partículas de diamantes monocristalinos ligados entre sí, carece de un plano de clivaje, si bien cada uno de sus componentes tiene su plano propio.Por eso, los diamantes policristalinos son más resistentes al impacto que los diamantes naturales y son muy efectivos para perforar rocas.BARRENAS DE DISEÑO BICENTRICO Y EXCENTRICOEn ciertas litologías se corre el riesgo de que las formaciones se desplomen y se angoste el recinto del pozo. Por ejemplo: Algunos lutitas y arcillas se pueden “hidratar” en el recinto y las sales pueden “invadirlo”. Si la barrena está perforando en ese tipo de rocas y eso ocurre arriba de la barrena, es imposible sacar la sarta del pozo. Del mismo modo, si esto ocurre antes de introducir la sarta, la barrena no puede llegar al fondo a menos que se escarie el recinto. Las barrenas bicéntricas/excéntricas se han diseñado para aminorar esos problemas porque pasan por diámetros más pequeños que los suyos propios. Esto se logra diseñando la barrena de modo tal que la estructura quede asimétrica

BARRENAS ESPECIALESExisten de dos tipos que son:Barrenas bicentricas.- Permite incrementar el calibre del agujero durante la perforación direccional, la capacidad de abrir el agujero durante el direccionamiento en modo rotativo es particularmente ventajosa para la perforación productiva de pozos de alcance extendido y de aguas profundas.

Barrenas Ampliadoras.- Son usados para ampliar un agujero piloto. Una barrena ampliadora podría ser requerida si el diámetro del agujero ha sido reducido por la formación que se expande dentro del espacio anular, de modo que la barrena completa, ya no podrá pasar, esto podría pasar cuando se esta atravesando formaciones que contienen lutitas plásticas o sal.

BARRENAS APLICADORASSon utilizadas junto con las barrenas ampliadoras para la ampliación del agujero.

Debido a que la ampliadora tiene que pasar a través de un diámetro interior restringido, incorpora cortadores expandiblesLos cortadores son entonces expandidos dentro de la formación utilizando la presión diferencial del fluido de perforación.BARRENAS DESVIADORAS Se emplean para la perforación direccional de formaciones blandas durante operaciones de desviación del agujero. La tubería de perforación y la barrena especial son bajadas dentro del agujero; y el chorro grande es apuntado de modo que cuando se aplica presión de las bombas, el chorro deslava el lado del agujero en una dirección específica.Una barrena considerada para trabajar en estas condiciones es la barrena para perforar con aire. Las barrenas de chorro de aire están diseñadas para la perforación con aire, gas o neblina, como medio de circulación.