DISEÑO Y APLICACION DE BARRENAS Y TRICONICAS

ENTRENAMIENTO SOBRE BARRENAS REED-HYCALOG

DIAGRAMA DE UNA PIERNA

DISEÑO DE BARRENAS

Aspectos Mecánicos de la Perforación Estructuras de Corte Cojinetes y Sellos Configuraciones Hidráulicas

FORMACION DEL RIPIO • La carga sobre los dientes vence la fuerza de compresión de la roca y forma un cráter. • El raspado ayuda a remover el ripio del cráter.

Cortador

Formación

REMOCION DE RIPIO • Los recortes se deben remover para que se forme más ripio. •

La fuerza hidráulica ayuda a remover el ripio.

Cortador

Formación

Reacción al Peso Sobre la Barrena

REMOCION DE RIPIO

RDP

GENERACION DE RIPIO

0 0

PESO SOBRE LA BNA

Reacción a las RPM

RDP

GENERACION DE RIPIO

0 0

RPM

REMOCION DE RIPIO

INTERACCION DIENTES-ROCA Diferente a Través del Fondo • Raspado • Rodamiento

Diseño, Selección y Aplicación de Estructuras Cortantes de Barrenas Tricónicas

ANGULO DEL COJINETE

ANGULO DEL COJINETE

Barrenas para Formaciones Duras 36º

Barrenas para Formaciones Blandas 33º

•Conos de pared mas delgada •Talones Más Gruesos •Calibre Menos Raspador •Alto Peso Sobre la Barrena

•Conos de pared mas gruesa •Talones Más Delgados •Calibre Más Raspador •Peso Moderado Sobre la BNA

RESALTO (Excentricidad)

EFECTOS DEL RESALTO (SESGO)

Menos Resalto 0° Calibre Menos Raspador Más Durable Perforación Más Lenta Formaciones Abrasivas

Más Resalto 3° Calibre Más Raspador Menos Durable Perforación Más Rápida Formaciones Blandas/Pegajosas

PERFILES DE CONOS

CONO PLANO Mínimo Raspado en el Fondo Más Durable Perforación Más Lenta Formaciones Abrasivas

CONO REDONDEADO Más Raspado en el Fondo Menos Durable Perforación Más Rápida Formaciones Blandas/Pegajosas

BARRENAS DE DIENTES • Barrenas de Dientes Fresados • Maquinadas y Soldadas • Para Formaciones Blandas a Medianas (Clave IADC 11*-34*) • Metal Duro Duraclad (HP) • Metal Duro Armorclad (EHT) • Metal Duro PMC •

* - Tercer Dígito: Protección, Cojinete/Sello/Calibre

CONFIGURACIONES DE DIENTES REVESTIDOS CON METAL DURO

AUTOAFILANTE

RECUBRIMIENTO TOTAL

TIPOS DE METAL DURO EN LOS DIENTES

DURACLAD ESTANDAR

ARMORCLAD TIPO PREMIUM

PMC INCORPORADO

BARRENAS DE INSERTOS

• Dientes de Insertos de Carburo de Tungsteno • Embutidos a Presión en Orificios de los Conos de Acero • Formaciones Blandas a Duras (Clave IADC 41*-84*)

* - Tercer Dígito: Protección, Cojinetes/Sellos y Calibre

DISEÑO DE CORTADORES DE INSERTOS HP51

Perforación Más Rápida Menos Durable

HP83

Peforación Más Lenta Más Durable

COMPARACION, ESTRUCTURAS CORTADORAS DE 8-1/2”

EHP41H

HP83

Blanda RPM BAJA/MED.

Abrasiva

RPM BAJA

Sin Consolidar

Consolidada

No se Embola Se Embola

Baja/Med. Resistencia

Bajo PSM

Alto PSM

Alta Resistencia

Perforación Más Rápida Perforación Más Lenta Más Durable Menos Durable

FORMAS DE INSERTOS POR FORMACION

GRADO DE CARBURO DE TUNGSTENO POR FORMACION

Densidad (g/cm3)

GRADOS DE MATERIAL DE INSERTOS

Hardness HRA

INSERTOS DE PDC • Eliminan la fatiga térmica • Eliminan el desgaste por abrasión • La sobrecarga puede astillarlos por diferencias en el módulo de elasticidad. • Se optimiza la composición de las capas múltiples y la cofiguración para aumentar la resistencia al astillamiento.

REED-HYCALOG: PROTECCION DEL CALIBRE • •

•

• • • •

Metal Duro en los Faldones ( - ) – En Todas las Aplicaciones “Pacs” en el Talón ( - , G ) – En Todos los Insertos y Dientes Abrasivos, Alta RPM Calibre “Tuff” ( - ) – Formaciones Duras Guarnición del Calibre ( T ) – Perforación Direccional Insertos en el Faldón ( K.. ) – Pozos Desviados Placas en el Talón ( L ) – Alta RPM / Pozos Desviados Opción de Insertos de PDC ( D ) – Abrasividad – Agrietamiento Térmico

DISEÑOS, CORTADORES DE DIENTES Y DE INSERTOS FORMACIONES BLANDAS

- Menos Dientes - Más Largos - Más Grandes - Más Afilados - Redondos - Material Resistente al Desgaste - Perforación Más Rápida - Menos Durable

FORMACIONES DURAS -

Más Dientes Más Cortos Más Pequeños Menos Afilados Planos Material Resistente al Desgaste - Perforación Más Lenta - Más Durable

ESTRUCTURA CORTADORA: DECISIONES DE DISEÑO DISEÑO

APLICACION

•Propiedades de las Formaciones •Forma •Parámetros de Operación •Filo de las Puntas •Características del Lodo •Porción Expuesta •Diámetro •Condiciones Hidráulicas •Material de los Dientes •Configuración del Pozo •Colocación de los Dientes •Desempeño de los •Perfil de los Conos Competidores •Resalto •Riesgo/Costo •Angulo del Cojinete •Cantidad de Dientes •Características:

He aquí la fórmula para escoger la mejor barrena para su aplicación.

Fórmula

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¡No Existe! ¡No se Deje Engañar!

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¡No Hay Fórmula! Pero Sí Hay Proceso... La eleción de diseños de barrenas es un proceso complicado en el cual se recolectan y analizan datos empíricos para extrapolar el rendimiento previsto. Los ajustes necesarios se hacen agregando más datos empíricos.

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¡No Hay Fórmula! Pero Sí Hay Proceso... Si entendemos la aplicación podemos aplicar las características de diseño necesarias para usarla

Factores de Aplicación, Estructura Cortadora •Propiedades de las Formaciones -Resistencia a la Compresión -Abrasividad -Variabilidad -Intercalaciones

La RDP y la Duración Dependen de la Aplicación •Condiciones Hidráulicas Específica •Vibración del Conjunto de Fondo

•Reacción Direccional

ALTA RESISTENCIA A LA COMPRESION

• Alta Densidad de Cortadores • Insertos de Forma Durable • Bajo “Offset*” • Alto Peso Sobre la Barrena • Baja Velocidad (RPM)

ABRASIVIDAD • Insertos Resistentes al Desgaste • Insertos de Diamantes • Bajo “Offset” • Baja Velocidad (RPM) • Protección del Calibre - TuffGage - GageGuard - Insertos “K” en el Faldón - Placas Estabilizadoras

REACTIVIDAD HIDRAULICA • Diseño “Agresivo” -Baja Densidad de Cortadores -Dientes Largos -Alto “Offset” -Forma Redonda

• Mudpick & Mudpick II

• Boquillas Asimétricas • Chorros Centrales (Barrenas de Dientes) • Propiedades del Lodo • Peso y RPM

FORMACIONES VARIABLES

• Barrena capaz de sobrevivir el intervalo que va a perforar

• Ajustar peso y RPM

DESLIZAMIENTO

Perforación

Direccional

ROTACION

• Fuerzas Laterales • Fricción del BHA • Atasco-Deslizamiento. • Rotación Excéntrica •Giro •Vibración Lateral

• RDP Lento • Daño del Calibre • Por Fuerzas • Por Velocidad • Carga Sobre los Cojinetes • Desgaste de Conos

DESLIZAMIENTO

ROTACION

Condición de Desgaste

Desgaste Oblicuo de los Dientes Causa

Vibración Lateral (whirl) (Rotación Excéntrica)

Condición de Desgaste

Conos ACANALADOS (Desgaste Tipo Kerf) Causa

“Rotación Excéntrica •Giro •Vibración Lateral

Condición de Desgaste

Agrietamiento Térmico Causa •Alta RPM •Atasco-Deslizamiento •Vibración Lateral

Condición de Desgaste

Rastreo “Tracking” Causa

Deficiente transferencia de peso

Condición de Desgaste

Falla de Cojinete Causa •Eventos de Transferencia de Peso •Carga Sobre el Calibre •Variación de RPM

VIBRACIONES DEL CONJUNTO DE FONDO • Calibre Durable • Placas Estabilizadoras. • Cambios de RPM • A rezar

RESPUESTA DIRECCIONAL • Calibre de Diseño “Agresivo”

• Calibre Tipo “Tuff” • Sin Placas Estabilizadoras

Selección y Evaluación de su Rendimiento

• Selección de Cojinetes Elementos Opciones para Seleccionarlos Aplicación

• Evaluación de Rendimiento (Cálculo) Mecanismos del Desgaste Factores de Control Medidas de Rendimiento Ejemplos de Campo

• Selección de Cojinetes Elementos Opciones de Selección Aplicación

Complejidad

• Evalación de Rendimiento (Cálculo) Mecanismo del Desgaste Factores de Control Medidas de Rendimiento Ejemplos de Campo

Metodología

Sello radial Buje flotante recubirto con Plata Cara de empuje

SISTEMA Depósito de grasa DE Tapa del dep. de grasa COJINETES Diafragma

Sistemas Reed-Hycalog de Cojinetes Sellados De Rodillos (Contacto con Rodillos)

De Fricción/Chumacera (Contacto Deslizante)

Concentraciones de Esfuerzos

Proceso del Desgaste de Rodillos

Astillado por Fatiga

Contacto rodante con esfuerzos concentrados

Proceso del Desgaste de Rodillos

Desgaste por adhesión

Superficies Deslizantes

Desgaste Uniforme por adhesión

Vista Magnificada Desgaste por adhesión concentrada

Proceso del Desgaste de Rodillos

Desgaste por Abrasión

Contacto Deslizante Sobre Contaminantes

Comparación de Velocidad de Deslizamiento de Cojinetes

16000

26

14000

24 22

12000

10000

V

17 1/2

8000

16

13 1/2

6000 12 1/4 9 7/8

4000

6 1/2

2000

3 3/4

0 0

50

100

150

200

250

RPM

300

350

400

450

Estructuras de Cojinetes Cojinete Primario

COMPONENTES DEL COJINETE

• Cojinete Principal – Rodillo – Buje Flotante

• Cojinete de Espiga – Cilindro Común – Buje Flotante

• Cojinete Retenedor – Bolas – Anillo Roscado

• Cojinete de Empuje – Botón de Empuje – Arandela de Empuje

Fuerzas de Perforación

Peso Promedio

Sistema Reed-Hycalog de Cojinete Sellado de Rodillos

Rodillo perfilado

Rodrillo Común

Sistema Reed-Hycalog de Cojinete de Chumacera

Aplicaciones de Cojinetes de Rodillos • No sellado – Pocas Horas/ Económico – Alta Temperatura

• Sellados – Altas RPM / Poco Peso) – Barrenas de Diámetro Grande

Aplicaciones de Cojinetes de Chumacera

•Completamente Sellados •Moderada Velocidad de Deslizamiento –RPM Bajas a Moderadas –Barrenas de Diámetro Pequeño a Mediano

• Altos Pesos

Cojinetes Retenedores O un Cojinete de Bolas Anillo Roscado Caras del Cojinete Con Punto de Contacto

Evento de Carga

FALLA DE RETENCION DE COJINETE DE BOLAS

ANILLO ROSCADO DAÑADO POR ABUSO

COMPARACION DE RETENCION DE CONOS • RETENCION DE COJINETES DE BOLAS – Cargas Concentradas en Puntos Específicos – La Carga Cíclica en Puntos Específicos Causa Astilladuras • RETENCION DE ANILLOS ROSCADOS – Contacto Superficial – No Se Astilla – Disminuye en 2/3 la Pérdida de Conos – Materiales Opcionales Para Cortadores

La Duración de los Cojinetes es Difícil de Predecir La Razón Principal Son las Condiciones Variables de Fondo de Pozo

Los Clientes Esperan Predicciones Confiables de la Duración de los Cojinetes

Factores Determinantes • Fatiga por Contacto Magnitud Concentración

• Velocidad de Deslizamiento • Temperatura • Contaminación

Angulo de la Chumacera

Peso Sobre la Barrena

“Offset”

• Esfuerzo por Contacto Formación (Torque)

Magnitud

Duración del Cojinete

Deslizamiento y Rotación

Tamaño de la Barrena

Angulo de la Chumacera

Resalto

Ubicación de los Dientes

• Fatiga por Contacto

Duración del Cojinete

Condición del Pozo

Deslizamiento y Rotación Dinámica del Conjunto de Fondo

Condición

Magnitude Concentración

Offset

• Fatiga por Contacto Magnitud Concentración

Duración del Cojinete

• Velocidad del Deslizamiento

Deslizamiento y Rotación Dinámica del Conjunto de Fondo

RPM Tamaño de la Barrena

Profundidad Flujo • Fatiga por Contacto Magnitud Concentración

Duración del Cojinete

• Velocidad del Deslizamiento • Temperatura

• Fatiga por Contacto Magnitud Concentración

Duración del Cojinete

• Velocidad del Deslizamiento • Temperatura • Contaminación

Materiales Abrasivos Desgaste de los Sellos

Angulo de la Chumacera

Resalto

Peso Sobre la Barrena

Profundidad

Ubicación de los Dientes

Flujo

• Fatiga por Contacto Formación

Duración del Cojinete

(Torsión)

Condición del Pozo

Magnitud Concentración

• Velocidad de Deslizamiento • Temperatura • Contaminación

Deslizamiento y Rotación Dinámica del Conjunto de Fondo

Condición Cut. Str.

Materiales Abrasivos

RPM

Desgaste de los Sellos

Tamaño de la Barrena

Angulo de la Chumacera

Resalto

Peso Sobre Weight Weight on Bit la on Barrena Bit

Ubicación de los Dientes

Profundidad

Flujo • Contact Stress

Eventos Bearing Acumulados Life Magnitude Concentration

Formación

• Sliding Speed • Temperature • Contamination

Formation (Torsión) (Torque)

Condición del Pozo

Deslizamiento Sliding & y Rotación Rotating

BHA BHA Dinámica BHA del Dynamics Dynamics Conj. de Fondo Dynamics Abrasives Condición Cut. Str. Condition Cut. Str.

RPM RPM RPM

Desgaste de SealSellos Wear los

Tamaño de la Barrena

Dinámica de la Temperatura de Cojinetes

Desgaste de Cojinetes Durante la Perforación

Medios Comunes Para Medir el Rendimiento de Cojinetes • Horas • Pies de Perforación • Revoluciones (Krev) • Revoluciones-Libra • Tasa de Fallas

(BPR)

7 7/8”, Duración en Abilene, Texas, EUA

119 Horas

7 7/8”, Duración en Panola,Texas, EUA

61 Horas

77/8”, Duración en Abilene,Texas, EUA

522 Krevs

Duración de Cojinetes - Comparación de Diversas Aplicaciones 7-7/8 HP51X Abilene, TX D-In 100-600 84 Barrenas Prom. de 119 Horas 28.6% BF

7-7/8 HP51X Tyler, Tx D-In 3700-5000 62 Barrenas Prom. de 96 Horas 32.3% BF

7-7/8 HP51X Tyler, TX D-In 5800-7200 43 Barrenas Prom. de 64Horas 2.3% BF

6”, Duración en Argelia

¡10 horas!

Modo de Calcular Duración de Cojinetes • Recolectar Datos de la Línea Base  Litología  Historiales de Barrenas  Barrenas Desgastadas/Fotografías  Informes de Operaciones  Anotaciones de Funciones de Perforación  Informes Diarios  Informes de Perforación Direccional  Informes del Sistema del Lodo

 Observaciones Personales

• Identificar y Escoger Rocas • Cuantificar Desempeño de Competidores  Método de Mediciones  Metas Numéricas

• Demostrar Expectativas

SELLOS Todos los Sellos Dinámicos se Fugan

Elementos de Diseño de Elastómeros

•Forma •Interfaz •Material

•Dureza •Lubricidad •Resistencia a la Abrasión •Reactividad

•Flexibilidad

SELLO RADIAL HNBR • Más Protegido • Funciona Más Frío • Tolera Mejor el Movimiento de los Cortadores • Activa la Interfaz de la geometría de los Sellos

OTRAS OPCIONES DE SELLOS • Reed-Hycalog: Texturizados • Security: Ondulados / Dobles • Smith: Dobles / Con botones • Reed-Hycalog: Metálicos

• Hughes: Metálicos

REED-HYCALOG SELLO RADIAL TEXTURIZADO HNBR

Sello Metálico Reed-Hycalog

COMPARACION DE SELLOS METALICOS

CONFIGURACIONES DE SISTEMAS HIDRAULICOS

EMBOLAMIENTO DE LOS CONOS • • • •

El ripio se adhiere a la superficie de los cortadores y en el fondo del pozo. Disminuye la longitud efectiva de los dientes. Ocurre en muchas formaciones, no sólo en las de lutitas pegajosas. El embolamiento reduce el régimen de penetración.

SISTEMA HIDRAULICO CONVENCIONAL • No Limpia los Dientes de la Barrena • Limpia la Roca Entre las Zonas de Corte • Flujo Estancado en la Zona de Corte

SISTEMA HIDRAULICO MUDPICK • Limpia el Calibre y la Hilera entre conos • Limpia la Roca en el Borde de la Zona de Corte • Desvía el Area de Flujo Estancado Hacia el Lado Trasero de los Cortadores

SISTEMA HIDRAULICO MUDPICK II • Limpia el Calibre y los Dientes Interiores • Limpia la Roca en la Zona de Corte • Remueve el Flujo Estancado de la Zona de Corte

MUDPICK II: COMPARACION DE RENDIMIENTO

MUDPICK II, BOQUILLAS CIEGAS, ASIMETRICAS • Complementan el sistema Mudpick II • La boquilla ciega siempre apunta al cono con menos insertos en el calibre. • Las boquillas grandes siempre apuntan al cono con mas insertos del calibre.