Trepanos Exp

TREPANOS

INTRODUCCION 

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El método rotatorio de perforación de un agujero implica invariablemente el empleo de una barrena. Es la herramienta clave para el ingeniero de perforación: su correcta selección y las condiciones óptimas de operación son las dos premisas esenciales para lograr éxito en el proceso. En la actualidad existe gran variedad de barrenas fabricadas por varias compañías para diferentes procesos del trabajo. Por ello, el diseñador debe examinar adecuadamente las condiciones de la formación que se pretende perforar y el equipo disponible. Es imprescindible, por lo tanto, que el ingeniero en perforación domine los fundamentos del diseño de las barrenas y sea capaz de entender sus comportamientos para lograr una adecuada selección.

DEFINICION ¿QUE ES ES UNA BARRENA DE PERFORACION? Barrena es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de perforación que se utiliza para cortar o triturar la formación durante el proceso de la perforación rotatoria.

Principios: Durante la perforación, las brocas funcionan bajo un principio esencial: Vencer los esfuerzos de corte y compresión de la roca ara cumplir este propósito los dientes del trepano: En el caso del Tricónico: Tricónico: Deben incrustarse en la formación y posteriormente cortarla cuando se desplaza dentro de la misma. 

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En el tipo PDC el proceso se cumple mediante el cizallamiento generado por los cortadores de la broca que vencen la resistencia de la formación.

El trabajo del trepano dependerá del tipo y característica de la roca que se desea cortar, cortar, principalmente en función de su dureza, factor que resulta importante para clasificar los trépanos. Ejemplo: Para formaciones suaves se utiliza la barrena de dientes Y para las formaciones duras es preferible usar barrenas de arrastre El grado de dureza es el que determina el tipo de barrena y el principio de ataque.

Tipos de barrenas mas utilizadas para la perforación y en operaciones especiales : 

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Barrenas tricónicas Barrenas de cortadores fijos Barrenas especiales

TIPOS DE BARRENAS Las patentes de las primeras barrenas para perforación surgieron en 1901. En cuanto a su diseño e ing., en la actualidad han mejorado las características físicas y mecánicas; su duración y funcionamiento evolucionado para mejorar el rendimiento y desempeño de perforación. En la industria petrolera casi una década se utilizó en perforación con pulseta y con diferentes barrenas: De arrastre De disco De rodillos en cruz De 1 y 2 conos De diamante    

INFORMACION REQUERIDA Para seleccionar la barrena adecuada se deben analizar un gran número de variables que interactúan entre sí. Por esta razón es indispensable conocer: La evaluación del desgaste de las barrenas previa-mente empleadas. Los rendimientos obtenidos en pozos vecinos. Los registros geofísicos de pozos vecinos y del mismo pozo (si se tienen). Los datos sísmicos del área. 

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El software especializado en cálculo y análisis para la selección. Las propiedades de los fluidos de perforación por emplearse en función de la barrena elegida. Las tablas e información geológica. Los catálogos de barrenas. Los boletines sobre las características de las barrenas. Las tablas comparativas de barrenas. Las clasificaciones de barrenas (ejemplo del IADC) International Association of Drilling Contractors.

PRINCIPIOS 

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Para realizar la perforación, las barrenas funcionan con base en dos principios esenciales: fallar la roca venciendo sus esfuerzos de corte y de compresión. El principio de ataque de la barrena se realiza mediante la incrustación de sus dientes en la formación y posteriormente en el corte de la roca al desplazarse dentro de ella; o bien, mediante el cizallamiento generado por los cortadores de la barrena y que vence la resistencia de la roca. De ahí que se distingan dos tipos fundamentales de barrenas: de dientes y de arrastre. La forma de ataque dependerá del tipo y características de la roca que se desea cortar, principalmente en función de su dureza. Este factor resulta muy importante en la clasificación de las barrenas.

TIPOS DE BARRENAS Las patentes de las primeras barrenas para perforación surgieron en 1901 paralelamente a los primeros descubrimientos de yacimientos petroleros. En cuanto a su diseño e ingeniería, en la actualidad han mejorado notablemente sus características físicas y mecánicas; su duración y funcionamiento también han evolucionado y así se ha logrado un mejor rendimiento y desempeño en la perforación de los pozos.

Dentro de la gran gama de brocas utilizadas en la industria petrolera son normalmente mencionadas: Brocas tricónicas Brocas compactas (PDC) Brocas con insertos de tungsteno Brocas especialmente diseñadas para corazonar. 

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Tipos de Incertos

¿CÓMO PERFORA LA BROCA?

PDC polycrystalline diamond compact

TSP thermally stable polycrystallin

 BARRENAS TRICÓNICAS

BARRENAS TRICONICAS: Están formadas por tres conos cortadores que giran sobre su propio eje. Varían de acuerdo con la estructura de corte, pueden tener dientes de acero fresados o de insertos de carburo de tungsteno y cambiar en función de su sistema de rodamiento. Las brocas tricónicas constan de tres componentes: · La estructura de corte o conos. · Cojinetes. · Cuerpo de la broca.   

Principios de diseño de las barrenas tricónicas:

Las barrenas tricónicas cuentan con 3 conos cortadores que giran sobre su propio eje. Varían de acuerdo con su estructura de corte, y pueden tener dientes de acero fresados o de insertos de carburo de tungsteno. También cambian en función de su sistema de rodamiento que puede tener balero estándar, balero sellado, chumacera. Las barrenas tricónicas constan de 3 componentes: La estructura cortadora Los cojinetes  

Estructura de corte: Dado que el cono tiene una superficie cónica única, con su eje en el centro de rotación de la barrena, rodara en el fondo del pozo sin ninguna acción de deslizamiento o arrastre. Los conos de las barrenas para formaciones blandas se apartan sustancialmente de un verdadero rodamiento debido a que tienen 2 ángulos de cono básico, ninguno de los cuales tiene su centro en el centro de rotación de la barrena. La superficie exterior cónica tiende a rotar aproximadamente alrededor de su eje teórico y las hileras interiores cerca de un centro de su propio eje.

Como los conos están forzados a rotar alrededor del centro de la barrena, resbalan a medida que rotan y producen el escariado y paleo, que es la mejor manera de perforar en forma efectiva a los terrenos blandos. Una acción más efectiva para incrementar la penetración en formaciones blandas se obtiene con la excentricidad de los ejes de los conos. De la fig. 7 es el típico para formaciones duras. Los conos de una barrena para formaciones duras deben estar más cerca de un movimiento circular y por lo tanto, tienen muy poca o ninguna excentricidad.

Sistema de rodamiento Existen 3 diseños: Estándar con rodillos y balines  Auto lubricados con rodillos y balines De fricción auto lubricados. El tipo de sistema depende de la economía de aplicación, y en función del lugar donde se deberá ser empleado. 

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CUERPO DE LA BARRENA El cuerpo de la barrena consiste en: Una conexión roscada que une la barrena con la tubería de perforación. Tres ejes del cojinete en donde van montados los conos. Los depósitos que contienen el lubricante para los cojinetes. Los orificios a través de los cuales el fluido de perforación fluye para limpiar del fondo el re corte. •

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Uno de los propósitos del cuerpo de la barrena es dirigir el fluido de perforación hacia donde hará la limpieza más efectiva del fondo del pozo. Anteriormente, estos orificios estaban ubicados para dirigir el fluido de perforación de forma tal que limpiaban los conos de la barrena.

Barrenas de cortadores fijos 

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Código IADC para barrenas de cortadores fijos Barrenas de diamante natural. Barrenas de diamante policristalino térmicamente estable (TSP) = thermally Stable polycrystaline.   Barrenas compactas de diamante policristalino (PDC)= polycrystaline diamond Compact.

PDC, usados para formaciones blandas.

presentan una geometría e hidráulica especial con la cual se logra tener una limpieza muy eficiente.

Barrenas de diamante natural 

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 Al igual que los otros tipos de diamante, tiene cuerpo fijo y el material puede ser del matriz o de acero. El tipo de flujo es radial o de contra matriz, y el tipo de cortadores es de diamante natural, con diferente densidad y el diseño. El uso de estas barrena s es limitado en al actualidades salvo en casos especiales para perforara formaciones muy duras, cortar núcleos de formación con coronas de diamante natural. El mecanismo de corte de este tipo de barrena es por fricción arrastre, lo cual

Diamante Natural, para formaciones duras

Barrenas de diamante térmicamente estable (TSP) 

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El diseño de las barrenas de diamante térmicamente estable, al igual que las de diamante natural, es de un solo cuerpo sin partes móviles. Son usadas para rocas duras como caliza dura, basalto y arenas finas duras. Son poco más usadas para la perforación convencional que las barrenas de diamante natural. El mecanismo de corte de las barrenas PDC es por arrastre. Por su diseño hidráulico y el de sus cortadores en forma de pastillas tipo moneda y además, por sus buenos resultados en la perforación rotatoria, este tipo de barrena es la mas utilizada en la actualidad para la perforación muchas ventajas económicas por

TSP, usado para formaciones duras

Barrenas especiales Barrenas desviadoras. La aplicación de barrenas desviadoras (Side Track), para desviar pozos en formaciones muy duras y abrasivas 

Barrenas especiales. Se usan para operaciones muy específicas y, por lo tanto, no se considera su análisis económico comparativo para su aplicación directa. Entre estas se pueden mencionar: las barrenas ampliadoras, las barrenas para cortar tuberías de revestimiento, barrenas para perforar diámetros demasiado grandes o pequeños, con aplicación de tubería flexible etcétera. 

EVALUACION ECONOMICA DEL TREPANO

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Tipos de conos de acero, la unidad cuesta 260 $.

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Tipo conos con insertos, la unidad cuesta 1250 $.

Tipo diamante con valor de rescate del 20%, la unidad cuesta 15000 $.

SELECCION DE BARRENAS

Las consideraciones principales para seleccionar una barrena son:  Geología Propiedades de formación  Fuerza de compresión Se refiere a la fuerza intrínseca de la roca, la cual está basada en su composición, método de deposición y compactamiento  Elasticidad  Afecta la forma en la que la roca falla  Abrasion 

Presión de sobre-carga  Afecta la cantidad de compactación de

 Atrapamiento  Presion de los poros 

 Afecta los requerimientos de peso del lodo y puede afectar la velocidad de perforación. 

Porosidad y permeabilidad

Cambios de formación dentro de una sección dada del agujero.

IINFORMACION PRELIMINAR PARA LA SELECCIÓN DE BARRENAS · La evaluación del desgaste de las brocas previamente empleadas. · Los rendimientos de las brocas obtenidos en pozos vecinos. · Los registros geofísicos de pozos vecinos y del mismo pozo (si se tienen). · El software especializado en cálculo y análisis para la selección (hidráulica). · Las propiedades de los fluidos de perforación por emplearse en función de la broca elegida. · La columna litológica de las formaciones a perforar. 

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REGISTRO DE BROCAS 

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· Condición de la broca anterior que se corrió en el pozo, por ejemplo, broca nueva o reutilizada. · Parámetros operacionales de la corrida anterior · Recomendaciones y observaciones sugeridas en la perforación de dichos pozos.

METODOLOGIA PARA LA SELECCIÓN DEL TIPO DE BARRENA 

Inicialmente, es necesario recopilar información de pozos de correlación, sobre todo registros de barrenas y registros geofísicos (sónico bipolar, de preferencia , de densidad, y de rayos gamma). Existen diferentes tipos y presentaciones de registros de los cuales se puede obtener la información necesaria. Se propone el método de energía mecánica específica (ES) como criterio de apoyo para decidir qué tipo de barrena seleccionar: tricónicas o de cortadores fijos.  –

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SELECCIÓN DE LA BARRENA TRICONICA OPTIMA USANDO REGISTROS GEOFISICOS 

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Si se decidió utilizar una barrena tricónicas, el diseño parte de calcular el UCS (esfuerzo compresivo de la roca sin confinamiento), el cual es definido como la resistencia que una muestra no confinada de roca tiene bajo esfuerzos compresivos. Los valores de UCS calculados se comparan con los rangos de aplicación de las barrenas PDC proporcionados por el fabricante para seleccionar la barrena con la dureza suficiente para vencer la resistencia de la roca.

CONCLUCION 

Para perforar un pozo, la información que se puede obtener de los pozos vecinos como: litología, parámetros operacionales, registros geofísicos, entre otros; es de vital importancia para diseñar el programa de brocas más óptimo. Además de estos datos otra consideración importante es el perfil direccional del pozo con el cual se puede determinar el trabajo a realizarse tanto en inclinación (construcción, tangente o tumbado) como en dirección (azimuth). Por ello la selección del tipo de broca se facilita conociendo dicha información lo que permitirá además establecer la estructura de corte más adecuada.

ANEXOS

DESGASTE DE FRACTURA

Brocas Tricónicas: Ejemplos de Desgaste

CT - Cono Truncado CP - Cono Perdido

TIPOS DE BROCAS

TIPOS DE BROCAS

Broca com 1 cone

Broca com 2 cones

Broca com 4 cones

Grande diâmetro 26”

ESTRUCTURAS CORTANTES

Para formaciones poco  profundos

Para formaciones duras co dientes pequeños

Para Formaciones muy  profundos  – Con Insertos

Para Formaciones Duras -con Muchos Insertos y Pequeños

MEDIDAS DE TREPANOS

BROCAS DE DIENTES

BROCAS DE TUNGSTENO