Trepanos Hibridos Pdc Impregnados

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA “GABRIEL RENE MORENO” FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA CARRERA DE INGENIERÍA PETROLERA

TRÉPANOS DE PERFORACIÓN HÍBRIDOS PDC – IMPREGNADOS PARA FORMACIONES CON INTERCALACIONES EN BOLIVIA

Presentado por: Erik Andres Garcia Villarroel

Informe Final de Examen de Grado Presentado para optar al Título Académico de LICENCIADO EN INGENIERÍA PETROLERA

Santa Cruz, junio del 2016

DEDICATORIA A mi mamá, Primitiva Villarroel, quien ha sido padre y madre para mí al mismo tiempo, por todo el amor que siempre me brinda y por haber luchado por mi éxito y felicidad aún a costa de la suya. A ella no solo dedico este proyecto, sino todo lo que soy y todo cuanto he logrado. A mi padre Francisco Garcia (+), porque doce años fueron suficientes para transmitirme los mejores valores que hoy en día gobiernan mi vida. A mis hermanos, Claudia, Luis y Rodrigo, por haberme brindado siempre su apoyo incondicional, y haber llenado mi vida de alegrías.

ii

AGRADECIMIENTO Agradezco primeramente a Dios, por haberme iluminado y guiado siempre. Por haberme dado la fortaleza para seguir adelante aun en los momentos de mayor debilidad. A mi mamá, Primitiva Villarroel, por apoyarme siempre incondicionalmente, por confiar en mí, y haberme dado la oportunidad de tener una excelente educación. Sobre todo, por ser un excelente ejemplo de vida a seguir. A mi papá, Francisco Garcia (+), porque haber sido una inspiración, y aun después su muerte, me ha enseñado muchas cosas. Gracias papá. A mis hermanos, Claudia, Luis y Rodrigo, por toda la comprensión, paciencia y apoyo brindado a lo lardo de mi vida. A todos los docentes de la carrera de Ingeniería Petrolera y de la facultad de Ciencias Exactas y Tecnologia de la Universidad Autónoma “Gabriel René Moreno” por todos aquellos conocimientos aprendidos, no solo para mi formación como profesional sino tambien para mi formación integral como persona. Además, agradezco a todas aquellas personas que de una u otra manera ayudaron a la realización de este proyecto.

iii

RESUMEN Los trépanos de perforación son una herramienta fundamental para la perforación de pozos de petroleo y gas. En todos los pozos sin excepción, se utiliza trépanos de diversos tipos y en diversas cantidades. Los nuevos proyectos exploratorios, son cada vez más demandantes, y requieren cada vez más reducir los precios de la perforación. Los trépanos de perforación aun no siendo los componentes más caros de un presupuesto de pozo, tienen una incidencia muy importante en el costo final de un pozo debido a que de ellos depende la velocidad de perforación. Es por eso que están en constante desarrollo y se aplican a ellos cada vez tecnologías más complejas. En este trabajo se describe primeramente las características que tienen los trépanos de perforación desde un punto de la actualidad. Se presentan los tipos de trépanos más usados actualmente y se describe a detalle los componentes de estos mismos. Luego se hace una descripción de la clasificación estandarizada de los mismos, la nomenclatura

que

se

aplica

a

todos

los

trépanos

de

perforación

independientemente del fabricante, y el método de evaluación de desgaste recomendado por la Asociación Internacional de Contratistas de Perforación (IADC). Seguidamente, en el capítulo dos se estudia los trépanos híbridos, que son una combinación de las diferentes estructuras de corte utilizadas en los trépanos convencionales centrándose en los trépanos híbridos PDC – Impregnados. Tambien se describen sus ventajas, aplicaciones, los usos que se han dado en Bolivia y el resultado obtenido de esas aplicaciones.

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ÍNDICE DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1 ANTECEDENTES ................................................................................................... 1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................... 2 OBJETIVOS ............................................................................................................ 2 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ 2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................... 3 JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................... 3 ALCANCE ............................................................................................................... 4 ALCANCE ESPACIAL ............................................................................................. 4 ALCANCE TEMPORAL .......................................................................................... 4 METODOLOGÍA ..................................................................................................... 4 TIPO DE INVESTIGACIÓN ..................................................................................... 4 DEFINICIÓN DE LA POBLACIÓN .......................................................................... 5 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y RECOLECCIÓN DE DATOS ......................... 5 CAPITULO 1 – MARCO TEÓRICO......................................................................... 6 1. TRÉPANOS DE PERFORACIÓN ..................................................................... 6 1.1.

DEFINICIÓN.................................................................................................. 6

1.2.

CLASIFICACIÓN DE LOS TRÉPANOS DE PERFORACIÓN ....................... 6

1.2.1.

TRÉPANOS DE CONOS ROTATIVOS...................................................... 7

1.2.1.1.

TRÉPANOS DE TRES CONOS DE DIENTES DE ACERO ................... 8

1.2.1.2.

TRÉPANOS DE TRES CONOS CON INSERTOS DE CARBURO DE

TUNGSTENO.......................................................................................................... 8 1.2.2.

TRÉPANOS DE CORTADORES FIJOS .................................................... 9

1.2.2.2.

TRÉPANOS DE DIAMANTE................................................................. 10

1.2.2.2.1.

TRÉPANOS DE DIAMANTE NATURAL............................................ 11

1.2.2.2.2.

TRÉPANOS DE TSP ......................................................................... 11

1.2.2.2.3.

TRÉPANOS IMPREGNADOS DE DIAMANTE.................................. 12

1.3. 1.3.1.

PARTES DE UN TRÉPANO........................................................................ 13 PARTES DE UN TRÉPANO DE CONOS ROTATIVOS........................... 13 v

1.3.1.1.

COJINETES.......................................................................................... 14

1.3.1.2.

SISTEMA DE LUBRICACIÓN............................................................... 17

1.3.2.

PARTES DE UN TRÉPANO DE PARTES FIJAS .................................... 18

1.3.2.1.

CUERPO DEL TRÉPANO .................................................................... 19

1.3.2.2.

ALETAS ................................................................................................ 20

1.3.2.3.

CORTADORES PDC ............................................................................ 20

1.3.2.4.

CILINDROS DE IMPREGNACIÓN ....................................................... 22

1.4.

MECANISMOS DE CORTE DE LOS TRÉPANOS...................................... 22

1.5.

IADC............................................................................................................ 25

1.5.1.

NOMENCLATURA IADC PARA TRÉPANOS DE PARTES MÓVILES .... 25

1.5.2.

NOMENCLATURA IADC PARA TRÉPANOS DE PARTES FIJAS .......... 28

1.6.1.

ESTRUCTURA DE CORTE ..................................................................... 30

1.6.1.1.

HILERAS INTERNAS Y EXTERNAS .................................................... 31

1.6.1.2.

CARACTERÍSTICA DE DESGASTE .................................................... 32

1.6.1.3.

UBICACIÓN DEL DESGASTE ............................................................. 35

1.6.2.

CONDICIÓN DE LOS COJINETES ......................................................... 37

1.6.3.

CALIBRE.................................................................................................. 38

1.6.4.

COMENTARIOS ...................................................................................... 39

1.6.4.1.

OTRAS CARACTERÍSTICAS DE DESGASTE .................................... 39

1.6.4.2.

RAZÓN DE SACADA ........................................................................... 39

1.7.

GEOLOGÍA BÁSICA ................................................................................... 41

1.7.1.

TIPOS DE ROCAS................................................................................... 41

1.7.1.1.

ROCAS SEDIMENTARIAS CLÁSTICAS .............................................. 42

1.7.1.2.

ROCAS SEDIMENTARIAS QUIMICAS ................................................ 42

1.7.2.

ESCALAS DE DUREZA ........................................................................... 43

1.7.3.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN (DUREZA DE LA ROCA) .............. 44

1.7.4.

FORMACIONES INTERCALADAS O INTER ESTRATIFICADAS ........... 44

1.8.

TRÉPANOS HÍBRIDOS .............................................................................. 47

1.8.1.

DEFINICIÓN DE UN TRÉPANO HÍBRIDO .............................................. 48

1.8.2.

TRÉPANO HÍBRIDO PDC- IMPREGNADO ............................................. 51

vi

1.8.3.

MECANISMO DE CORTE DE UN TRÉPANO HÍBRIDO PDC-

IMPREGNADO...................................................................................................... 53 1.8.4.

FABRICANTES DE TRÉPANOS HÍBRIDOS PDC – IMPREGNADOS .... 54

1.8.5.

VENTAJAS DE UN TRÉPANO HÍBRIDO PDC-IMPREGNADO .............. 57

1.9.

ECONOMÍA DE LA PERFORACIÓN .......................................................... 58

1.9.1.

COSTO POR METRO.............................................................................. 58

1.9.2.

ANÁLISIS DE IGUALDAD DE COSTO O “BREAK EVEN” ...................... 60

1.9.3.

VELOCIDAD DE PERFORACIÓN (ROP) ................................................ 65

CAPITULO 2 - RESULTADOS ............................................................................. 70 2. APLICACIONES DE LOS TRÉPANOS HÍBRIDOS PDC-IMPREGNADO ...... 70 2.1.

TRÉPANO HÍBRIDO PDC-IMPREGNADO DIAMANT 12 ¼” MDM949 ...... 72

2.1.1.

POZO ICS-X1 .......................................................................................... 73

2.1.2.

POZO ICS-X1ST ...................................................................................... 77

2.1.3.

POZO TBY-X2 ......................................................................................... 80

2.2.

TRÉPANO HÍBRIDO PDC-IMPREGNADO DIAMANT 8 ½” MDM923 ........ 91

2.3.

TRÉPANO HÍBRIDO PDC - IMPREGNADO VAREL 8 ½” VTDI613DGX ... 93

2.3.1. 2.4. 2.4.1. 2.5.

POZO ICS-2............................................................................................. 94 TRÉPANO HÍBRIDO PDC - IMPREGNADO VAREL 12 ¼” VTDI713DG .... 97 POZO ICS-3............................................................................................. 97 TRÉPANO HÍBRIDO PDC – IMPREGNADO REEDHYCALOG 17 ½” FT816 102

2.5.1.

POZO LQC-X1 ....................................................................................... 103

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................... 112 CONCLUSIONES ............................................................................................... 112 RECOMENDACIONES ....................................................................................... 113 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 114 ANEXOS ............................................................................................................. 116

vii

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Clasificación de los tipos de trépanos de Perforación ....................................... 6 Figura 1.2 Trépanos de conos rotativos............................................................................. 7 Figura 1.3 Trépanos de conos de dientes de acero ........................................................... 8 Figura 1.4 Trépanos de conos con insertos de Carburo de tungsteno ............................... 9 Figura 1.5 Trépano PDC con detalle de un Cortador PDC............................................... 10 Figura 1.6 Trépano de diamante natural .......................................................................... 11 Figura 1.7 Trépano de diamante térmicamente estable TSP ........................................... 12 Figura 1.8 Trépano de diamante Impregnado .................................................................. 12 Figura 1.9 Partes de un trépano de conos de dientes de acero ....................................... 13 Figura 1.10 Partes de un trépano de conos con insertos de carburo de tungsteno .......... 14 Figura 1.11 Cojinete de rodillos no sellado ...................................................................... 15 Figura 1.12 Cojinete de rodillos sellado ........................................................................... 16 Figura 1.13 Cojinete sellado de fricción ........................................................................... 16 Figura 1.14 Sistema de lubricación de un trépano de conos............................................ 17 Figura 1.15 Partes de un trépano de cortadores PDC ..................................................... 18 Figura 1.16 Partes de un trépano de diamante ................................................................ 18 Figura 1.17 Izq.: Cuerpo de acero. Der.: Cuerpo de Matriz .............................................. 19 Figura 1.18 Aletas de un trépano PDC ............................................................................ 20 Figura 1.19 Cortadores de diamante policristalino compacto PDC .................................. 21 Figura 1.20 Diámetros típicos de los cortadores PDC ..................................................... 21 Figura 1.21 Cilindros y cuerpos de impregnación ............................................................ 22 Figura 1.22 Mecanismos de corte trépanos de conos. Izq.: Paleo. Der.: Triturado .......... 22 Figura 1.23 Offset de los conos. Izq.: Conos con offset. Der.: Conos sin offset ............... 23 Figura 1.24 Mecanismo de corte PDC, Cizallamiento y corte .......................................... 24 Figura 1.25 Mecanismo de corte trépanos de diamante: Raspado y pulido ..................... 25 Figura 1.26 Valor IADC del desgaste de la estructura de corte........................................ 31 Figura 1.27 Hileras internas y externas de un trépano de conos ..................................... 31 Figura 1.28 Hileras internas y externas de un trépano de partes fijas .............................. 32 Figura 1.29 Ubicación del desgaste en trépanos de conos .............................................. 36 Figura 1.30 Ubicación del desgaste en trépanos de partes fijas ...................................... 36 Figura 1.31 Ejemplo de medición del Calibre................................................................... 38 Figura 1.32 Rocas clásticas: Lutita, Limonita, Arenisca, conglomerado ........................... 42

viii

Figura 1.33 Rocas sedimentarias químicas: Dolomita y Caliza ........................................ 42 Figura 1.34 Ejemplo de Intercalaciones en el pozo Huacaya X1 ..................................... 45 Figura 1.35 Velocidad de Perforación de los diferentes tipos de trépanos segun la resistencia a la compresión de la formación ..................................................................... 46 Figura 1.36 Tipos de trépanos, sus mecanismos de corte y aplicaciones ........................ 48 Figura 1.37 Primer prototipo de trépano híbrido de Hughes ............................................ 49 Figura 1.38 Trépano Hibrido de Baker Hughes: Kymera PDC con conos de insertos ...... 50 Figura 1.39 Prototipo híbrido de Technology International, Inc ........................................ 50 Figura 1.40 Trépano híbrido PDC - Impregnado .............................................................. 51 Figura 1.41 Estructura de corte de un trépano híbrido PDC – Impregnado ...................... 53 Figura 1.42 Cortadores ligeramente desgastados de un trépano PDC-Impregnado ........ 54 Figura 1.43 Trépano híbrido PDC-Impregnado FuseTek de ReedHycalog ...................... 55 Figura 1.44 Trépano híbrido PDC-Impregnado Fusion+ de Varel International ................ 55 Figura 1.45 Trépano híbrido PDC-Impregnado Kinetic Hybrid de Smith bits (Schlumberger) ................................................................................................................ 56 Figura 1.46 Trépano híbrido de la line Dual Matrix de Diamant Drilling Services ............. 57 Figura 1.47 Gráfica del análisis Break even..................................................................... 63 Figura 1.48 Grafica Linea de Igualdad (Break even) del ejemplo 1 .................................. 65 Figura 2.1 Intercalaciones de las formaciones Huamampampa (Areniscas duras y abrasivas) y Los Monos (lutitas) en el pozo Sabalo-X12 .................................................. 71 Figura 2.2 Trépano Diamant híbrido PDC-Impregnado 12 1/4" MDM949 ........................ 72 Figura 2.3 Fotos del trépano 12 ¼” MDM949 SN: S3H0842 después de la corrida ......... 74 Figura 2.4 Avance y CPM Sección 12 1/4" Pozo ICS-X1 ................................................. 75 Figura 2.5 Gráfica línea break even Sección 12 1/4" Pozo ICS-X1 .................................. 77 Figura 2.6 Avance y CPM Sección 12 1/4" Pozo ICS-X1ST ............................................ 78 Figura 2.7 Gráfica línea break even Sección 12 1/4" Campo ICS .................................... 80 Figura 2.8 Extracto del MudLog pozo TBY-X2 (tramo perforado por el trépano MDM949) ......................................................................................................................................... 82 Figura 2.9 Fotos del trépano 12 1/4" MDM949 SN: SIL2972 después de las corridas ..... 84 Figura 2.10 Fotos después de la corrida del trépano 12 ¼” MDM949 SN: SIL2971 ......... 85 Figura 2.11 Fotos después de la corrida del trépano 12 ¼” MDM949 SN: S8E2233 ....... 87 Figura 2.12 Avance y CPM Sección 12 1/4" Pozo TBY-X2 .............................................. 89 Figura 2.13 Gráfica línea break even pozos offset al pozo TBY-X2 ................................. 91 Figura 2.14 Trépano Híbrido PDC-Impregnado Dual Matrix 8 1/2" MDM923 ................... 92 ix

Figura 2.15 Gráfica línea break even Sección 8 ½” del campo ICS ................................. 93 Figura 2.16 Diseño trépano Varel 8 ½” VTDi613DGX (S.N. 6010683) ............................. 94 Figura 2.17 Trépano Varel 8 ½” VTDi613DGX (S.N. 6010683) luego de la corrida.......... 96 Figura 2.18 Diseño del trépano Varel 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280........................... 97 Figura 2.19 Trépano Varel 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280 luego de la segunda corrida ......................................................................................................................................... 99 Figura 2.20 Detalle del desgaste del trépano Varel 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280.... 100 Figura 2.21 Gráfica línea Break Even Sección 12 ¼” Campo ICS ................................. 101 Figura 2.22 Diseño del Trépano ReedHycalog FuseTek 17 1/2" FT816 SN: E199213 .. 102 Figura 2.23 Gráfica de igualdad Break even Sección 17 1/2" Fm. Bala Pozo LQC-X1 .. 106 Figura 2.24 Trépano Híbrido PDC - Impregnado Fusetek 12 1/4" FT716....................... 106 Figura 2.25 Trépano 12 1/4" FT716 SN: E201962 después de las corridas................... 109 Figura 2.26 Avance y CPM Sección 12 1/4" Pozo LQC-X1............................................ 110 Figura 2.27 Grafica break even sección 12 ¼” Pozo LQC-X1 Fm. Copacabana ............ 111

x

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Nomenclatura IADC para trépanos de partes móviles ...................................... 27 Tabla 1.2 Nomenclatura IADC para trépanos de partes fijas ............................................ 29 Tabla 1.3 Los ocho componentes de una calificación IADC ............................................. 30 Tabla 1.4 Calificación IADC de la estructura de corte ...................................................... 30 Tabla 1.5 Ubicación de la característica de desgaste ...................................................... 32 Tabla 1.6 Códigos IADC para describir la característica de desgaste de trépanos de conos giratorios .......................................................................................................................... 33 Tabla 1.7 Códigos IADC para el desgaste de trépanos de partes fijas ............................. 34 Tabla 1.8 Casilla de la Ubicación del desgaste ................................................................ 35 Tabla 1.9 Códigos IADC para la ubicación del desgate en trépanos de conos................. 35 Tabla 1.10 Códigos IADC para la ubicacion del desgaste en trépanos de partes fijas ..... 35 Tabla 1.11 Casillero de la condición de los cojinetes ....................................................... 37 Tabla 1.12 Código IADC para la condición de los cojinetes ............................................. 37 Tabla 1.13 Casillero del Calibre ....................................................................................... 38 Tabla 1.14 Codigos IADC para la calificación del Calibre................................................. 39 Tabla 1.15 Casillero de Otras características de desgaste............................................... 39 Tabla 1.16 Casillero de Razón de sacada ........................................................................ 40 Tabla 1.17 Códigos IADC para describir la Razón de Sacada ......................................... 40 Tabla 1.18 Escala de dureza de Mohs ............................................................................. 43 Tabla 1.19 Escala de compresibilidad usada en perforación ............................................ 44 Tabla 1.20 Datos del ejemplo de cálculo del Break even ................................................. 63 Tabla 2.1 Datos del Pozo ICS-X1 .................................................................................... 73 Tabla 2.2 Parámetros de la corrida del trépano 12 1/4" MDM949 SN: S3H0842.............. 74 Tabla 2.3 Bit Record Sección 12 1/4" del Pozo ICS-X1.................................................... 75 Tabla 2.4 Calculo Break Even trépano 12 ¼” MDM949 SN: S3H0842 ............................. 76 Tabla 2.5 Parámetros de la corrida del trépano 12 1/4" MDM949 SN: S4C1039.............. 78 Tabla 2.6 Bit record Sección 12 1/4" del Pozo ICS-X1 ST ............................................... 79 Tabla 2.7 Calculo Break Even trépano 12 ¼” MDM949 SN: S4C1039 ............................. 79 Tabla 2.8 Datos del pozo Timboy X2 ............................................................................... 80 Tabla 2.9 Parámetros de las corridas del trépano 12 1/4" MDM949 SN: SIL2972 ............ 83 Tabla 2.10 Parámetros de la corrida del trépano 12 1/4" MDM949 SN: SIL2971 ............. 85 Tabla 2.11 Parámetros de la corrida del trépano 12 ¼” MDM949 SN: S8E2233 .............. 86 xi

Tabla 2.12 Parámetros de la corrida del trépano 12 ¼” MDM949 SN: S1M2983 ............. 88 Tabla 2.13 Trépanos Híbridos PDC-Impregnados usados en el pozo TBY-X2................. 88 Tabla 2.14 Bit record Seccion 12 1/4" Pozo TBY-X2 ........................................................ 90 Tabla 2.15 Calculo Break Even trépano 12 ¼” MDM949 Pozo TBY-X2 ........................... 90 Tabla 2.16 Datos generales del pozo ICS-2 ..................................................................... 94 Tabla 2.17 Parámetros de la corrida del trépano VTDI613DGX SN:6010683 .................. 95 Tabla 2.18 Datos generales trépano 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280 ............................ 98 Tabla 2.19 Parámetros Corridas 1 y 2 del trépano híbrido VTDI713DG ........................... 99 Tabla 2.20 Bit record sección 12 1/4" Pozo ICS-3.......................................................... 100 Tabla 2.21 Cálculos Análisis Break Even para el trépano VTDI713DG SN:6014280 ..... 101 Tabla 2.22 Datos generales Pozo LQC-X1 .................................................................... 103 Tabla 2.23 Parámetros de la corrida del trépano 17 1/2" FT816 .................................... 104 Tabla 2.24 Bit record y CPM Sección 17 1/2" Fm Bala Pozo LQC-X1............................ 105 Tabla 2.25 Análisis Break Even trépano FT816 SN: E199213 ....................................... 105 Tabla 2.26 Parámetros de las corridas del trépano 12 1/4" FT716 SN: E201962 ........... 108 Tabla 2.27 Corridas del trépano 12 1/4" FT716 SN: E201962........................................ 108 Tabla 2.28 Bit record sección 12 1/4" Pozo LQC-X1 ...................................................... 110 Tabla 2.29 Análisis Break Even trépano FT716 SN: E201962 ....................................... 111

xii

INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES Durante los inicios de la extracción comercial del petróleo se usaban diversos tipos de herramientas para triturar la roca. Durante la era de la perforación por percusión, se utilizaban herramientas tipo martillos para luego bajar cucharas que retiren la roca triturada. Luego con la introducción de la perforación rotativa, se empezaron a utilizar los trépanos de arrastre en forma de cola de pez denominados “fishttail bits”. El primer trépano con conos rotativos fue introducido por Howard Hughes en 1909.1 Este trépano estaba constituido por dos conos y fue usado principalmente en formaciones duras de la época. (Ver Anexo 1) Luego en el año 1930 fue introducido el trépano de tres conos rotativos, diseñado para perforar tanto formaciones duras como blandas. Más tarde, General Electric, reconociendo que las partes móviles de un trépano de conos rotativos representan cierta desventaja, desarrolla una nueva estructura de corte para los trépanos de arrastre. Para esto, desarrolla el diamante artificial en el año 1953 llamado Man-made diamonds, logrando en 1973 desarrollar el diamante policristalino compacto PDC por sus siglas en inglés (Polycrystalline Diamond Compact) que es la base de los trépanos de arrastre de la actualidad.2 Los trépanos de diamante natural, fueron introducidos en la década de 1920 y eran usados solamente para la toma de muestras de formaciones extremadamente duras debido a que su precio era aproximadamente veinte veces el precio de un trépano de conos rotativos. Con los avances en las técnicas de fabricación de los diamantes artificiales, y la aleación de estos con aditivos especiales, se ha mejorado tanto el rendimiento como el costo de este tipo de trépanos.

1

BAKER Hughes, Drilling Engineering Workbook, Houston, TX, 1995 p. 3-2 VAREL International, Curso de Operador de Brocas - Historia en Brocas de Perforación, Bogotá, Colombia 2011, p. 125 2

1

Hoy en día, los avances tecnológicos permiten no solo mejorar la tecnologia usada en cada tipo de trépano en particular sino tambien aprovechar las mismas para crear nuevos diseños híbridos los cuales serán analizados en el presente trabajo. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Si bien, existe suficiente bibliografía referida a los trépanos de perforación convencionales, las nuevas tecnologías, y en especial los trépanos híbridos son muy raramente estudiados y descritos en alguna bibliografía clara y objetiva que pueda ser útil para los estudiantes de ingeniería petrolera, ramas afines, o cualquier profesional relacionado con la industria petrolera que tenga interés en conocer más acerca de los avances tecnológicos de los trépanos híbridos de perforación. Esto claramente significa un obstáculo para el entendimiento de estas nuevas tecnologías por estudiantes de pregrado y por esto mismo, los nuevos profesionales que trabajen con trépanos de perforación tienen como debilidad el no conocer suficientemente la naturaleza de los trépanos híbridos, su aplicación y sus ventajas con respecto a los trépanos convencionales. El entendimiento de estos nuevos tópicos dentro del área de herramientas de perforación será de mucha utilidad para cualquier lector interesado en herramientas de perforación modernas. Es por esa razón que en este trabajo se aborda el tema de manera clara, estructurada e ilustrada para que el lector aun sin tener mucho conocimiento técnico pueda entender y comprender la naturaleza de los trépanos híbridos, la tecnologia que utilizan, sus aplicaciones y sus ventajas operativas con respecto a los trépanos convencionales. OBJETIVOS Objetivo General 

Describir los trépanos de perforación híbridos PDC – Impregnados usados en Bolivia en los pozos ICS-X1, ICS-2, ICS-3, TBY-X2 y LQC-X1 y sus ventajas en la perforación en formaciones con intercalaciones litológicas en Bolivia. 2

Objetivos Específicos 

Recopilar informacion sobre los diferentes tipos de trépanos de perforación usados en la industria petrolera.



Describir las características de cada tipo de trépano convencional con sus ventajas y desventajas.



Describir las características de los trépanos híbridos PDC - Impregnados, sus ventajas y aplicaciones.



Describir los desempeños de los trépanos híbridos PDC - Impregnados usados en Bolivia en los Pozos ICS-x1, ICS-2, ICS-3, TBY-X2 y LQC-X1.



Realizar un análisis del costo por metro y break even de las principales corridas con trépanos híbridos PDC-Impregnados en Bolivia.

JUSTIFICACIÓN La perforación de pozos petroleros no sería posible actualmente sin la utilización de los trépanos de perforación. Todos los pozos que se perforan en busca de hidrocarburos, sin excepción, utilizan durante su etapa de perforación uno o varios trépanos de perforación de distintos tipos y dimensiones. Estos trépanos son los encargados de penetrar en las formaciones rocosas desde la superficie hasta llegar la profundidad de la formación objetivo. Si bien los trépanos no representan un alto porcentaje en el costo total de la perforación, su rendimiento tiene una gran incidencia en la economía de la perforación, debido a que son un factor muy importante y primordial para la velocidad con la cual se perfora un pozo. En los últimos años, se han desarrollado una gran cantidad de nuevas tecnologías relacionadas a los trépanos de perforación y a los materiales que se utilizan en su fabricación. Estos materiales han sido mejorados en resistencia, durabilidad y aplicabilidad. Diferentes tipos de trépanos son usados para diferentes tipos de formaciones en función de las ventajas que presentan para formaciones específicas. Sin embargo, 3

cuando se trata de formaciones no homogéneas, que presentan intercalaciones litológicas, la aplicación de un solo tipo de trépano no es la ideal en todo el tramo intercalado, es por eso que se usan diferentes tipos de trépanos en tramos cortos y se deben cambiar los mismos constantemente. Los avances tecnológicos han permitido combinar diferentes tecnologías para hacer frente a esos desafíos uniendo características de diferentes tipos de trépanos en uno solo. A pesar de la importancia de las nuevas tecnologías, específicamente refiriéndose a los trépanos híbridos, no existe suficiente información para los estudiantes acerca de estos. ALCANCE Alcance Espacial En el presente trabajo se describen de manera general los tipos de trépanos de perforación usados actualmente en Bolivia y se estudian tres casos específicos de los trépanos híbridos PDC – Impregnados usados en los pozos Incahuasi X1 (ICS-X1), Incahuasi 2 (ICS-2), Incahuasi 3 (ICS-3), Timboy X2 (TBY-X2) y Lliquimuni Centro X1 (LQM-X1) Alcance Temporal El presente estudio fue desarrollado desde el 15 de noviembre del 2015 hasta su finalización con el informe final el 25 de abril de 2016. METODOLOGÍA Tipo de Investigación En este trabajo se utiliza una metodología no experimental, de tipo descriptiva y cuantitativa ya que se limita a la observación y descripción de las características de los diferentes tipos de trépanos convencionales e híbridos PDC – Impregnados, sin ninguna intervención en el estado de los mismos ni en su selección.

4

Definición de la Población La población en estudio para este trabajo son los trépanos híbridos PDC – Impregnados usados en los pozos ICS-X1, ICS-2, ICS-3, TBY-X2 y LQC-X1. Instrumentos de Medición y Recolección de datos La recolección de datos se la realizó mediante la observación directa en campo, consulta de libros, informes oficiales de compañias operadoras, entrevistas y consulta de revistas técnicas especializadas del área.

5

CAPITULO 1 – MARCO TEÓRICO 1. TRÉPANOS DE PERFORACIÓN 1.1.

DEFINICIÓN

Los trépanos de perforación, también conocidos como barrenas, mechas o brocas, son la herramienta básica de los ingenieros de perforación. El trépano, es una herramienta diseñada y fabricada para cortar diferentes formaciones rocosas y para ser utilizada en un amplio rango de condiciones.3 1.2.

CLASIFICACIÓN DE LOS TRÉPANOS DE PERFORACIÓN

Los trépanos de perforación se clasifican en dos tipos principales: los trépanos de cortadores fijos o de arrastre y los trépanos de conos rotativos o de partes móviles. Los trépanos de cortadores fijos incluyen cortadores que forman parte integral del cuerpo del trépano y rotan en unidad con la sarta de perforación. Los trépanos de conos rotativos cuentan con dos o más conos, que contienen elementos de corte como dientes de acero o insertos de carburo de tungsteno, y que rotan sobre su eje al mismo tiempo que el trépano rota en el fondo del pozo.4 TIPOS DE TRÉPANOS

DE CONOS ROTATIVOS

CON DIENTES DE ACERO

COJINETE DE RODILLOS

DE CORTADORES FIJOS

CON INSERTOS DE CARBURO DE TUNGSTENO

PDC

COJINETE DE FRICCIÓN

DIAMANTE

CON CUERPO DE MATRIZ

DE DIAMANTE NATURAL

CON CUERPO DE ACERO

DE DIAMANTE IMPREGNADO

Figura 1.1 Clasificación de los tipos de trépanos de Perforación Fuente: Modificado a partir de Bourgoyne Jr, 1986

3

BURR, Bruce y Otros: “Bordes Cortantes” Schlumberger Oilfield Review, Houston, 2001 p. 38

4

BOURGOYNE Jr., Millheim y otros, Applied Drilling Engineering, Richardson,bSPE, 1986, p. 190

6

1.2.1. TRÉPANOS DE CONOS ROTATIVOS Los trépanos de conos rotativos tienen dispositivos coniformes de acero llamados conos que giran libremente a medida que el trépano gira en el fondo de pozo. La mayoría de este tipo de trépanos tienen tres conos, aunque algunos tienen dos o hasta un cono.5 Los conos son de tamaño idéntico y están apoyados en tres piernas, las cuales son soldadas a una rosca que conecta el trépano a la sarta de perforación. Cada pierna tiene un orificio para la circulación de fluido en el cual se puede instalar una boquilla, la cual permite a través del fluido, mantener limpio el trépano.

Figura 1.2 Trépanos de conos rotativos Fuente: (Varel International, 2014)

Existen dos tipos de trépanos de conos rotativos: 

Trépanos de conos con dientes de acero



Trépanos de conos con insertos de carburo de tungsteno

5

INSTITUTO MEXICANO DEL PETRÓLEO, El equipo Rotatorio y sus Componentes, México, D.F., 1980, p. 13

7

1.2.1.1.

Trépanos de tres conos de dientes de acero

Estos trépanos están fabricados con dientes de acero, fundidos o forjados integralmente en el cono. Los dientes varían en tamaño y forma, dependiendo de la formación a perforar. Dientes largos y delgados son usados para formaciones blandas, mientras dientes cortos y gruesos son usados en formaciones más duras.6 Un ejemplo de ficha técnica de este tipo de trépano se muestra en el anexo 2.

Figura 1.3 Trépanos de conos de dientes de acero Fuente: (Varel International, 2014)

1.2.1.2.

Trépanos de tres conos con insertos de carburo de tungsteno

Estos trépanos, tienen insertos de carburo de tungsteno, una aleación especial más dura y resistente que el acero, los cuales son colocados a presión dentro de orificios previamente hechos en el cono. Estos insertos vienen en una gran variedad de formas variando desde formas cinceladas o tipo “chisel” para formaciones duras y firmes, a formas redondeadas y chatas para formaciones duras y frágiles. 7 Un ejemplo de ficha técnica de este tipo de trépano se muestra en el anexo 3.

6 7

BAKER Hughes, Oil Field Familiarization, Houston, TX, 1996 P. 3-21 Ibidem, p. 3-22

8

Figura 1.4 Trépanos de conos con insertos de Carburo de tungsteno Fuente: (Varel International, 2014)

1.2.2. TRÉPANOS DE CORTADORES FIJOS Los trépanos de cortadores fijos no tienen partes móviles. El cuerpo del trépano y su estructura de corte rota en conjunto con la sarta de perforación. Estos trépanos están diseñados para cortar la roca en lugar de triturarla.8 Los principales tipos de trépanos de cortadores fijos son: 

Trépanos de diamante



Trépanos PDC

1.2.2.1.

Trépanos PDC

Los trépanos PDC (Polycrystalline diamond compact) utilizan una gran cantidad de elementos de corte llamados cortadores PDC. Estos son fabricados poniendo una capa de diamante poli cristalino compacto sobre un substrato de carburo de tungsteno mediante un proceso que aplica alta presión.

8

RABIA Hussain, Well Engineering and Constructions, London, Entrac Consulting, 2002 P. 661

9

SUBSTRATO DE CARBURO DE TUNGSTENO DIAMANTE POLICRISTALINO

TRÉPANO PDC Figura 1.5 Trépano PDC con detalle de un Cortador PDC Fuente: (Varel, 2014)

Los trépanos PDC a su vez se clasifican según el material del cuerpo con el que son construidos en dos tipos: Trépanos con cuerpo de acero y trépanos con cuerpo de matriz. Un ejemplo de ficha técnica de este tipo de trépano se muestra en el anexo 4. 1.2.2.2.

Trépanos de Diamante

El diamante es el mineral de mayor dureza conocido por el hombre con una dureza de 10 en la escala de Mohs que mide las durezas de los minerales del uno al diez. El diamante tambien posee la conductividad térmica más alta lo cual permite disipar el calor generado por fricción muy rápidamente.9 Este tipo de trépano permite perforar formaciones muy duras y altamente abrasivas, que destruirían un trépano PDC o de conos en muy poco tiempo. Los trépanos de diamante pueden ser: de diamante natural, de diamante artificial térmicamente estable (TSP) e impregnadas de diamante. Un ejemplo de ficha técnica de este tipo de trépano se muestra en el anexo 5.

9

RABIA Hussain, Well Engineering and Constructions, London, Entrac Consulting, 2002 P. 682

10

1.2.2.2.1. Trépanos de Diamante Natural Su estructura de corte está formada por una gran numero de diamantes naturales pequeños distribuidos geométricamente en el cuerpo del trépano de carburo de tungsteno. Este tipo de trépano no emplea partes móviles y tienen varias aletas muy cercanas unas de las otras.

Figura 1.6 Trépano de diamante natural Fuente: (Baker Hughes, 1996)

1.2.2.2.2. Trépanos de TSP Los trépanos con diamante térmicamente estable TSP por sus siglas en inglés (Thermally Stable Polycrystalline) usan pequeñas piezas triangulares de diamante artificial que varían en tamaño de uno a dos milímetros. Estos diamantes, están colocados sobre las aletas de forma que los diamantes corten la formación en lugar de usar el mecanismo de raspado de los trépanos de diamante natural.10

10

SCHLUMBERGER, Drill Bits, Houston, TX, Sugar Land Learning Center, 2001, p. 58

11

Figura 1.7 Trépano de diamante térmicamente estable TSP Fuente: (Baker Hughes, 1996)

1.2.2.2.3. Trépanos Impregnados de Diamante Estos trépanos usan diamantes sintéticos aún más pequeños, básicamente al tamaño de arenas finas, los cuales están prensados en cilindros especiales que son insertados a las aletas de carburo de tungsteno que tambien tienen diamante impregnado en su composición. Debido al tamaño pequeño de los diamantes, se requiere altas velocidades de rotación.11

Figura 1.8 Trépano de diamante Impregnado Fuente: (Catalogo Smith 2015)

11

LAKE L., MITCHELL R.Petroleum Engineeging Handbook Vol II, Richardson, TX, 2006, P. 250

12

1.3.

PARTES DE UN TRÉPANO

1.3.1. PARTES DE UN TRÉPANO DE CONOS ROTATIVOS Los trépanos de conos rotativos presentan generalmente tres conos con dientes forjados de acero o con insertos de carburo de tungsteno. Los componentes de ambos son muy similares puesto que parten del mismo principio. La mayor limitación que un ingeniero de diseño de trépanos afronta es que el trépano debe encajar exactamente en el diámetro deseado. Así, se requiere hacer el máximo uso de un espacio muy limitado. El tamaño de cada parte critica del trépano puede ser aumentado solo a costa de la reducción de otra parte crítica.12 Las partes más importantes de los trépanos de conos son: los mismos conos, los dientes o insertos, la pierna que sujeta cada cono, el cojinete interno, las boquillas, el sistema de lubricación y la conexión API. FILAS DE DIENTES INTERNAS

CONOS

FILAS DE INSERTOS INTERNAS

FILA DE DIENTES DEL CALIBRE

FILA DE INSERTOS DEL CALIBRE PIERNA O CABEZAL

PROTECCIÓN DE CAMISA

PROTECCIÓN DE CAMISA

BOQUILLA

BOQUILLA COMPENSADOR DE PRESIÓN CONEXIÓN API PIN

Figura 1.9 Partes de un trépano de conos de dientes de acero Fuente: (Varel International, 2014)

12

BOURGOYNE Jr., Millheim y otros, Applied Drilling Engineering, Richardson, TX, SPE, 1986, p. 194

13

CONO 1

PUNTA DE FLECHA

CONO 1

NARIZ FILAS INTERNAS

CONO 2

CONO 3

DIENTES DE ACERO

CONO 3

FILAS DEL CALIBRE

CONO 2

INSERTOS DE CARBURO DE TUNGSTENO

Figura 1.10 Partes de un trépano de conos con insertos de carburo de tungsteno Fuente: (Varel International, 2014)

1.3.1.1.

Cojinetes

Los cojinetes son el mecanismo sobre el cual rota el cono. Estos pueden ser cojinetes sellados y cojinetes no sellados. Al mismo tiempo, existen dos mecanismos internos de los cojinetes. Existen cojinetes de rodillos y cojinetes de fricción. Cojinetes no sellados Los cojinetes no sellados, como su nombre lo indica, carecen de sellos entre el cono y la pierna, y se lubrican con el mismo lodo de perforación. Todos los cojinetes no sellados utilizan rodillos de acero inoxidable como mecanismo de rodamiento y bolillas de acero como agente de retención. Los cojinetes no sellados tienen la ventaja de ser más económicos y son ideales para perforar agujeros poco profundos en formaciones blandas no consolidadas como arcillas, conglomerados, etc.13

13

PDVSA, Curso de Mechas de Perforación, Maracaibo, 2011, p. 19

14

PIN PILOTO SUPERFICIE DE EMPUJE

BALINERAS

RODILLOS Figura 1.11 Cojinete de rodillos no sellado Fuente: (Bitbrokers.com)

Cojinetes Sellados Los cojinetes sellados poseen sellos que pueden ser de nitrilo altamente saturado, o sello metal-metal, que impiden el paso del fluido de perforación hacia el interior del cono. Su lubricación es a través de un sistema de compensación de grasa. Los cojinetes sellados pueden ser tanto de rodillos como de fricción. Cojinetes sellados de rodillos Los cojinetes de rodillos, tambien llamados cojinetes de tipo Roller, utilizan rodillos de acero inoxidable como mecanismo de rotación y bolillas esféricas como sistema de retención. Este mecanismo soporta menor peso sobre el trépano para un determinado tamaño de trépano, mayor RPM (revoluciones por minuto) y tienen mayor tolerancia a la contaminación del cojinete, es decir puede seguir girando después de un fallo en el sello. Este tipo de cojinete se utiliza en trépanos de tamaños mayores a 13 ¾”

15

RODILLOS DEL PIN PILOTO SUPERFICIE DE EMPUJE BALINERAS

SELLO RODILLOS PRINCIPALES Figura 1.12 Cojinete de rodillos sellado Fuente: (Varel International, 2016)

Cojinetes sellados de fricción Los cojinetes de fricción, tambien llamados de tipo Journal, solo presentan bolillas esféricas como mecanismo de retención, y su mecanismo de rotación es mediante la fricción directa entre el muñón liso y el cono. Este tipo de cojinete soporta mayor carga sobre el trépano para un determinado tamaño, tiene menor tolerancia a altas RPM y baja tolerancia a la contaminación del cojinete, es decir, deja de girar luego de un fallo en el sello. Se presenta en tamaños de trépano menores a 13 ¾”.

PIN PILOTO

SUPERFICIE DE EMPUJE

AISLANTE TÉRMICO

BALINERAS

SELLO

MUÑON PRINCIPAL

Figura 1.13 Cojinete sellado de fricción Fuente: (Varel International, 2016)

16

1.3.1.2.

Sistema de lubricación

Los componentes internos del cono deben ser lubricados para prevenir el desgaste prematuro de los mismos. Todos los trépanos con cojinetes sellados tienen un sistema de lubricación que consta de un depósito de grasa y un sistema compensador de presión que crea una pequeña diferencial de presión entre el reservorio de grasa y la presion hidrostática del lodo para asegurar el flujo de grasa desde el reservorio a los cojinetes. Sin este sistema de compensación, la diferencial de presion sería suficiente para producir el fallo de los sellos.14 Los lubricantes que se usan son altamente resistentes a la temperatura, al agua y a los quimicos del lodo.

RESERVORIO DE GRASA

ALIVIO

LINEA DE FLUJO DE LUBRICANTE

SELLO

COJINETES

Figura 1.14 Sistema de lubricación de un trépano de conos Fuente: (Schlumberger, 2001)

14

LAKE L., MITCHELL R.Petroleum Engineeging Handbook Vol II, Richardson, TX, 2006, P. 236

17

1.3.2. PARTES DE UN TRÉPANO DE PARTES FIJAS Los principales componentes de estos tipos de trépanos son las aletas, los cortadores PDC, los cilindros de impregnación, el pad del calibre, las boquillas, la ranura de apriete y el cuerpo del trépano. 1RA FILA DE CORTADORES PDC 2DA FILA DE CORTADORES PDC PAD DEL CALIBRE

ALETAS

BOQUILLAS

SHANK O RANURA DE APRIETE

CONEXIÓN API PIN

Figura 1.15 Partes de un trépano de cortadores PDC Fuente: (Varel International, 2016) ALETAS IMPREGNADAS

GARGANTA DE FLUJO CILINDROS DE IMPREGNACIÓN DE ALTA DENSIDAD

CUERPO DE MATRIZ

SHANK O RANURA DE APRIETE

CONEXIÓN API BOX

CONEXIÓN API PIN

Figura 1.16 Partes de un trépano de diamante Fuente: Modificado de (Baker Hughes, 2013)

18

ALETAS IMPREGNADAS

1.3.2.1.

Cuerpo del trépano

El cuerpo de un trépano de acero es una pieza integral torneada mediante fresas controladas numéricamente por computadoras (CNC, por sus siglas en inglés). Estas fresas forman las aletas, el agujero principal, las cuchillas, las ranuras conductoras de lodo entre las aletas, las cavidades de los insertos laterales y de los cortadores en las aletas, los agujeros para las boquillas y las roscas.15 Para trépanos PDC con cuerpo de matriz, y los impregnados, que todos tienen cuerpo de matriz, se utiliza polvos de carburo de tungsteno con una aleación adherente que le brinda mayor resistencia, y esta mezcla se coloca en un molde con un núcleo de acero.

DIÁMETRO INTERIOR

RANURA DE SOLDADURA

NÚCLEO DE ACERO CUERPO INTEGRAL DE ACERO

CUERPO DE MATRIZ

BOQUILLAS

Figura 1.17 Izq.: Cuerpo de acero. Der.: Cuerpo de Matriz Fuente: (Burr, y otros, 2001)

BURR, Bruce y Otros: “Bordes Cortantes” Schlumberger Oilfield Review, Houston - Texas, 2001, p. 49 15

19

1.3.2.2.

Aletas

Las aletas, tambien llamadas cuchillas, son las bases que sostienen la estructura de corte, ya sea cortadores PDC o cilindros impregnados de diamante. Los diseños de los trépanos varían en número de aletas según la aplicación, el tamaño y la agresividad requerida del trépano. En trépanos PDC los diseños cuentan comúnmente desde tres aletas, hasta 9 aletas. Los trépanos de diamante e impregnados, al tener recortes mucho más finos, y requerir mayor superficie de contacto, cuentan con mayor número de aletas, generalmente sus diseños cuentan con desde ocho aletas hasta más de dieciséis.

S P

P

S

S

S

P

P

P S P

ALETAS PRINCIPALES

S

ALETAS SECUNDARIAS

Figura 1.18 Aletas de un trépano PDC Fuente: (Modificado a partir de Varel, 2016)

1.3.2.3.

Cortadores PDC

El diamante es el material más duro conocido por el hombre. Es 10 veces más duro que el acero, y 10 veces más resistente al desgaste que el carburo de tungsteno.16 Los cortadores PDC están formados por discos de diamante sintético y substratos más gruesos de carburo de tungsteno. Entre la tabla de diamante y los substratos existe una interface ranurada o de geometría especial que incrementa la adherencia del diamante al substrato. Los cortadores PDC son más resistentes al impacto que

16

BURR, Bruce y Otros: “Bordes Cortantes” Schlumberger Oilfield Review, Houston, 2001, p. 50

20

los diamantes naturales y tambien tienen buena resistencia a la abrasión. Sin embargo, existe una relación inversa entre la resistencia al impacto y la abrasión. Estas propiedades dependen principalmente del procesamiento y del tamaño del grano del diamante. Granos más grandes hacen que los compactos de diamante sean más resistentes al impacto, pero menos resistentes a la abrasión. Los granos más pequeños incrementan la resistencia a la abrasión, pero reducen la resistencia al impacto.

Figura 1.19 Cortadores de diamante policristalino compacto PDC Fuente: (Bestdrillingbits.com, 2016)

Los cortadores PDC vienen en diámetros estándar de 9mm, 13mm, 16mm y 19mm respectivamente.

19mm

16mm

13mm

9mm

Figura 1.20 Diámetros típicos de los cortadores PDC Fuente: (Bestdrillingbits.com, 2016)

21

1.3.2.4.

Cilindros de impregnación

Los cilindros de impregnación son segmentos cilíndricos de diamante sintético prensados a alta temperatura que tienen una mayor resistencia que las aletas de matriz impregnadas con partículas de diamante. Estos cilindros son insertados en las aletas de los trépanos impregnados para perforar formaciones muy abrasivas.

Figura 1.21 Cilindros y cuerpos de impregnación Fuente: (Varel International, 2016)

1.4.

MECANISMOS DE CORTE DE LOS TRÉPANOS

Los trépanos de conos giratorios remueven la roca mediante escave y paleo o fractura y triturado. Los conos realizan una acción de trituración con el peso.

Figura 1.22 Mecanismos de corte trépanos de conos. Izq.: Paleo. Der.: Triturado Fuente: (Burr, y otros, 2001)

22

A medida que los conos se apartan más del movimiento giratorio real, las estructuras cortantes penetran y raspan más. El desplazamiento o ángulo de excentricidad del cono y la forma del mismo, provocan que los conos dejen de girar periódicamente a medida que gira el trépano. Como resultado, las estructuras cortantes se deslizan en el fondo del hueco y raspan la formación. Los ángulos de desplazamiento varían de 5° para formaciones blandas, a cero para formaciones duras. Los trépanos para formaciones blandas utilizan estructuras de corte más largas con ángulos de desplazamiento en los conos que reducen el movimiento de rotación. Los cortadores cortos en los conos que giran más, provocan una acción de trituración en las formaciones duras.17 El desplazamiento o ángulo de excentricidad del cono, es una medida de cuánto se inclinan los cojinetes para que el eje de cada cono no se cruce en el centro del trépano. A menor dureza de la formación Mayor excentricidadDientes más largos. A mayor dureza de la formaciónMenor excentricidadDientes más cortos.

Figura 1.23 Offset de los conos. Izq.: Conos con offset. Der.: Conos sin offset Fuente: (Varel International, 2011)

17

BURR, Bruce y Otros: “Bordes Cortantes” Schlumberger Oilfield Review, Houston, 2001, p. 40

23

Los dientes de acero son una estructura de corte agresiva. Típicamente usadas para aplicaciones de alta ROP en formaciones blandas a medias. El mecanismo de corte es por escavado y paleo de la formación. Los insertos pueden ser largos y tener excentricidad para formaciones blandas y utilizan el mecanismo de paleo. Los insertos que trituran y ocasionan falla de la roca por un esfuerzo de compresión son chatos y redondeados para evitar el rompimiento del inserto y se hallan muy cerca entre sí. Lo insertos son una estructura de corte menos agresiva. Se utilizan comúnmente para aplicaciones de baja ROP en formaciones medianamente duras a muy duras. Su mecanismo es por impacto, fractura, y trituración de la formación. El cortador PDC remueve la roca por cizallamiento y corte. A medida que el cortador penetra en la formación, la punta del cortador corta y elimina el material en capas.

Figura 1.24 Mecanismo de corte PDC, Cizallamiento y corte Fuente: (Burr, y otros, 2001)

El mecanismo de corte de los trépanos impregnados es mediante el raspado, pulido o molienda de la roca. Este mecanismo es más lento por lo cual se utiliza altas revoluciones por minuto. Los diamantes pulverizan las formaciones duras y la velocidad de penetración reduce gradualmente a medida que las aletas pierden filo. La matriz se desgasta para exponer continuamente nuevos y filosos diamantes. La vida útil del trépano está en función del volumen impregnado de diamante que puede colocarse en el trépano. En consecuencia, aletas de mayor altitud, tendrán mayor duración.

24

Figura 1.25 Mecanismo de corte trépanos de diamante: Raspado y pulido Fuente: (PDVSA, 2011)

1.5.

IADC

La Asociación internacional de contratistas de perforación, IADC (International association of drilling contractors), es una organización que regula y estandariza todas las operaciones relacionadas con la perforación de pozos petroleros. La IADC tiene un sistema de clasificación para los trépanos, la cual emplea una terminología básica para describir el tipo de trépano, y características de diseño. 1.5.1. NOMENCLATURA IADC PARA TRÉPANOS DE PARTES MÓVILES La nomenclatura de la IADC utiliza cuatro caracteres para describir el diseño del trépano, los tres primeros dígitos son numéricos y el ultimo es alfabético y opcional.18 Primer carácter, Serie: define las características de la formación (de menor a mayor dureza, resistencia compresiva y abrasividad) los números del uno (1) al tres (3) son asignados a trépanos de dientes, y de cuatro (4) a ocho (8) para trépanos con insertos de carburo de tungsteno.

18

MCGEHEE D. y otros, The IADC Roller Bit Classification System, SPE New Orleans, 1992, p. 1

25

Segundo carácter, Tipo: Cada serie se divide en cuatro tipos, desde la broca para la formación más blanda (1) a la más dura (4), dentro de la misma serie. Tercer carácter, Configuración Cojinete/Calibre: agrupadas en 7 categorías, como resultado de dos parámetros, el tipo de rodamiento y la protección al calibre. Existen cuatro tipos de rodamiento: de rodillos no sellados, de rodillos enfriados por aire, de rodillos sellados y sellados con anillos de fricción, Cuarto carácter, Mejoramientos disponibles: Son (16) caracteres alfabéticos que compendian especificaciones especiales de la broca. Una tabla comparativa de los códigos IADC en las marcas principales se muestra en el anexo 6.

26

Tabla 1.1 Nomenclatura IADC para trépanos de partes móviles

1er DIGITO

SERIE ESTRUCTURA DE CORTE Formaciones blandas con baja compresibilidad y alta perforabilidad 1 2 Dientes Formaciones medio duras a duras con alta compresibilidad Formaciones duras semi abrasivas y abrasivas 3 de acero Formaciones blandas con baja compresibilidad y alta perforabilidad 4 Formaciones blandas a medio duras con baja Insertos compresibilidad 5 de Formaciones medio duras con alta compresibilidad 6 carburo Formaciones duras semi abrasivas y abrasivas 7 de Formaciones extremadamente duras y abrasivas 8 Tungsteno 2do DIGITO TIPO ESTRUCTURA DE CORTE 1 Tipo 1 se refiere a los trépanos diseñados para la formacion mas 2 blanda de una serie en particuar. 3 Tipo 4 se refiere a trépanos diseñados para la formacion as dura de 4 una serie en particular. 3er DIGITO COJINETE - CALIBRE 1 Cojinete de rodillos abierto estándar. 2 Cojinete de rodillos abierto enfriado por aire 3 Cojinete de rodillos abierto con proteccion en el calibre 4 Cojinete de rodillos sellado 5 Cojinete de rodillos sellado con proteccion en el calibre 6 Cojinete de fricción sellado 7 Cojinete de fricción sellado con protección en el calibre 4to DIGITO CARACTERISTICAS ADICIONALES A Aplicación para aire B Cojinete con sello Especial C Boquilla central D Control de la desviación E Boquillas extendidas G Proteccion extra en calibre o en el Cuerpo H Aplicación horizontal o direccional J Deflección en las boquillas L Almohadillas en las piernas M Aplicación para Motor S Dientes de acero estándar T Trépano de dos conos W Estructura de corte de avanzada X Insertos tipo cincel (chisel) Y Insertos tipo cónico Z Otra tipo de perfil de insertos Fuente: (McGehee, y otros, The IADC Roller Bit Classification System, 1992)

27

1.5.2. NOMENCLATURA IADC PARA TRÉPANOS DE PARTES FIJAS El nuevo sistema de clasificación de la IADC para trépanos de partes fijas fue elaborado en 1992 y comprende de cuatro caracteres, uno alfabético y tres numéricos.19 Primer carácter, material del cuerpo: este puede ser de dos tipos: Matriz (M) o Acero (S) y se refiere al material que constituye principalmente el trépano. Segundo carácter, densidad y cantidad de los cortadores: son categorías del uno al 8, donde los números del 1 al 4 indican los trépanos PDC y los números 6 al 8 son usados para trépanos de diamante. Tercer carácter, Tamaño y tipo de cortador: para las brocas PDC indica el tamaño del cortador y para los de diamante el tipo de estructura de corte utilizada. Cuarto carácter, Perfil del trépano: Indica el tipo de perfil del trépano y el estilo general del cuerpo del trépano. Los códigos IADC para cortador fijo únicamente tienen la intención de ser un medio para caracterizar el aspecto físico general de los trépanos de cortador fijo. A diferencia de la clasificación IADC para los trépanos de conos giratorios, estos códigos no representan una guía para la aplicación.

19

BRANDON B. D. y otros, Development of a New IADC Fixed Cutter Drill Bit Classification System, New Orleans, SPE, 1992, p. 1

28

Tabla 1.2 Nomenclatura IADC para trépanos de partes fijas

1er DIGITO S M 2do DIGITO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3er DIGITO 1 2 3 4 4to DIGITO 1 2 3 4

MATERIAL DEL CUERPO Cuerpo de acero Cuerpo de Matriz DENSIDAD DEL CORTADOR Menos de 30 cortadores Entre 30 y 40 cortadores Entre 40 y 50 cortadores Trépanos PDC Más de 50 cortadores Desarrollos futuros Menos de 3 piedras/kilate de 3 a 7 piedras /kilate Trépanos de Diamante Más de 7 piedras/kilate Desarrollos futuros TAMAÑO DEL CORTADOR /TIPO DE DIAMANTE PDC: Tamaño de cortador Diamante: Tipo Mayor de 24mm Diamante Natural Entre 14 y 24 mm Diamante termoestable (TSP) Entre 8 y 14 mm Mezcla de Natural y TSP Menor a 8 mm Impregnado de alta densidad PERFIL DEL TRÉPANO Plano Corto Mediano Largo Fuente: (Brandon B. D., y otros, 1992)

1.6.

EVALUACIÓN DEL DESGASTE DE LOS TRÉPANOS (DULL GRADE)20 21

La Asociación Internacional de Contratistas de Perforación (International Association of Drilling Contractors), ha desarrollado una metodología estándar para evaluar el desgaste de los trépanos usados. Esta información es esencial para el análisis detallado para la operación de los trépanos. Ver anexo 7.

20

MCGEHEE D. Y. y otros, The IADC Roller Bit Dull Grading System, New Orleans, SPE, 1992, pp. 1-16 21 BRANDON B. D. y otros, First Revision to the IADC Fixed Cutter Dull Grading System, New Orleans, SPE, 1992, pp. 1-5

29

El sistema de evaluación de desgaste de la IADC puede ser aplicado a cualquier tipo de trépano, ya sea de conos giratorios o de cortadores fijos. La metodología está compuesta de un código de 8 caracteres que describe el desgaste del trépano y la razón que se tuvo para sacarla del agujero. Tabla 1.3 Los ocho componentes de una calificación IADC ESTRUCTURA DE CORTE HILERAS HILERAS CARACTERISTICA INTERNAS EXTERNAS DE DESGASTE

B

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UBICACIÓN CONDICION OTRAS RAZON DEL DE LOS CALIBRE CARACTERISTICAS DE DESGASTE COJINETES DE DESGASTE SACADA

Fuente: (Brandon B. D., y otros, 1992)

1.6.1. Estructura de corte Los primeros cuatro caracteres, describen el desgaste de la estructura de corte del trépano. Tabla 1.4 Calificación IADC de la estructura de corte ESTRUCTURA DE CORTE HILERAS HILERAS CARACTERISTICA INTERNAS EXTERNAS DE DESGASTE

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UBICACIÓN DEL DESGASTE

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Fuente: (Brandon B. D., y otros, 1992)

La estructura de corte se califica en una escala del uno al ocho de 0 a 8 dependiendo del porcentaje de la estructura de corte que se perdió (0 = Intacta, 4 = 50% de desgaste, 8 = 100% de desgaste). Para medir el desgaste primero se debe conocer la altura del diente, del inserto, el diámetro del cortador PDC o la altura de la aleta de un trépano impregnado. Así esa altura se divide en 8 y 1/8 de desgaste de esa altura, la escala aumenta en uno.

30

Figura 1.26 Valor IADC del desgaste de la estructura de corte Fuente: (Varel International, 2011)

1.6.1.1.

Hileras internas y externas

Para los trépanos de conos de dientes, todos los dientes o insertos que no toquen la pared del hueco pertenecen a las hileras internas. Y todos los dientes o insertos que si toquen la pared del hueco pertenecen a la hilera externa. ESTRUCTURA DE CORTE HILERAS HILERAS CARACTERISTICA INTERNAS EXTERNAS DE DESGASTE

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UBICACIÓN DEL DESGASTE

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Figura 1.27 Hileras internas y externas de un trépano de conos Fuente: (Varel International, 2011)

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Para los trépanos de cortadores fijos se divide el radio del trépano en 3, se toman los dos tercios del centro hacia afuera como las hileras internas y el un tercio del calibre hacia el centro como las hileras externas. ESTRUCTURA DE CORTE HILERAS HILERAS CARACTERISTICA INTERNAS EXTERNAS DE DESGASTE

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UBICACIÓN DEL DESGASTE

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Figura 1.28 Hileras internas y externas de un trépano de partes fijas Fuente: (Varel International, 2011)

1.6.1.2.

Característica de desgaste

Indica el tipo de daño que sufrió el cortador, diente o inserto de la estructura de corte. En esta casilla se indica la principal característica de desgaste con un código que en inglés que indica la IADC. Los códigos son similares, pero no idénticos para los trépanos de conos giratorios y los trépanos de partes fijas. Tabla 1.5 Ubicación de la característica de desgaste ESTRUCTURA DE CORTE HILERAS HILERAS CARACTERISTICA INTERNAS EXTERNAS DE DESGASTE

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UBICACIÓN DEL DESGASTE

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Fuente: (Brandon B. D., y otros, 1992)

32

Tabla 1.6 Códigos IADC para describir la característica de desgaste de trépanos de conos giratorios

TRÉPANOS DE CONOS GIRATORIOS CODIGO IADC BC BT BU CC CD CI CR CT ER FC HC JD LC LN LT NO OC PB PN RG SD SS TR WO WT

SIGNIFICADO INGLES

SIGNIFICADO ESPAÑOL

Broken Cone Broken Teeth/Inserts Balled Up Cracked Cone Cone Dragged Cone interference Cored Chipped Teeth/Inserts Erosion Flat Crested Wear Heat Checking Junk Damage Lost Cone Lost Nozzle Lost Teeth/Inserts No Major Dull Characteristics Off Center Wear Pinched Bit Plugged Nozzle Rounded Gage Shirttail Damage Self Sharpening wear Tracking Washout on Bit Worn Teeth/Inserts

Cono roto Dientes /Insertos rotos Embolamiento Cono fisurado Cono Arrastrado Interferencia de conos Coroneado Dientes /Insertos astillados Erosión Crestas achatadas Sobrecalentamiento Daño por Chatarra Cono perdido Boquilla Perdida Dientes/Insertos Perdidos Sin desgaste importante Desgaste excéntrico Trépano Comprimido Boquilla Tapada Calibre Redondeado Daño en el extremo de la Pata Desgaste autoafilado Tracking/Sobrehuella Trépano Lavado Dientes/Insertos desgastados

Fuente: Modificado a partir de (Brandon B. D., y otros, 1992)

33

Tabla 1.7 Códigos IADC para el desgaste de trépanos de partes fijas

TRÉPANOS DE PARTES FIJAS CODIGO IADC BB BF BT BU CR CT DL ER HC JD LM LN LT NO OC PB PN RG RO SD SS WO WT NR RR

SIGNIFICADO INGLES

SIGNIFICADO ESPAÑOL

Broken Blade Bond Failure Broken Cutters Balled Up Cored Chipped Cutters Cutter delamination Erosion Heat Checking Junk Damage Lost Matrix Lost Nozzle Lost Cutters No Major Dull Characteristics Off Center Wear Pinched Bit Plugged Nozzle Rounded Gage Ring Out Shirttail Damage Self Sharpening wear Washout on Bit Worn Cutters Not rerunable Re runable

Aleta rota Falla de enlace Cortadores rotos Embolamiento Coroneado Cortadores astillados Delaminación del cortador Erosión Sobrecalentamiento Daño por Chatarra Perdida de matriz Boquilla Perdida Cortadores Perdidos Sin desgaste importante Desgaste excéntrico Trépano Comprimido Boquilla Tapada Calibre Redondeado Anillado Daño en el extremo de la Pata Desgaste autoafilado Trépano Lavado Cortadores desgastados Imposible volver a correr Re-utilizable

Fuente: (Brandon B. D., y otros, 1992)

34

1.6.1.3.

Ubicación del desgaste

Señala la ubicación del daño del trépano. Para los trépanos de conos giratorios existen cuatro opciones para mostrar, y para los trépanos de cortadores fijos existen seis en función de los perfiles de los trépanos. Tabla 1.8 Casilla de la Ubicación del desgaste ESTRUCTURA DE CORTE HILERAS HILERAS CARACTERISTICA INTERNAS EXTERNAS DE DESGASTE

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UBICACIÓN DEL DESGASTE

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Fuente: (International Association of Drilling Contractors, 2000) Tabla 1.9 Códigos IADC para la ubicación del desgate en trépanos de conos

UBICACIÓN TRÉPANOS DE CONOS CODIGO INGLES ESPAÑOL IADC G Gauge Calibre M Middle Medio N Nose Nariz A All areas Todas las areas Fuente: (International Association of Drilling Contractors, 2000) Tabla 1.10 Códigos IADC para la ubicacion del desgaste en trépanos de partes fijas

UBICACIÓN TRÉPANOS DE DE PARTES FIJAS CODIGO INGLES ESPAÑOL IADC C Cone Cono N Nose Nariz T Taper Flanco S Shoulder Hombro G Gauge Calibre A All areas Todas las areas Fuente: (International Association of Drilling Contractors, 2000)

35

Figura 1.29 Ubicación del desgaste en trépanos de conos Fuente: (Varel International, 2011)

Figura 1.30 Ubicación del desgaste en trépanos de partes fijas Fuente: (Schlumberger, 2001)

36

1.6.2. Condición de los Cojinetes Indica el estado en que se encuentra el cojinete luego de haber sido utilizado. Este espacio solo se utiliza en trépanos de conos giratorios. Tabla 1.11 Casillero de la condición de los cojinetes ESTRUCTURA DE CORTE HILERAS HILERAS CARACTERISTICA INTERNAS EXTERNAS DE DESGASTE

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UBICACIÓN CONDICION OTRAS RAZON DEL DE LOS CALIBRE CARACTERISTICAS DE DESGASTE COJINETES DE DESGASTE SACADA

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Fuente: (International Association of Drilling Contractors, 2000)

Cuando el trépano tiene el cojinete no sellado, entonces se usa una escala del 0 al 8, donde cero (0) significa que el cojinete no tiene daño, y ocho (8) significa que el cojinete ha perdido vida útil. Cuando el trépano tiene cojinete sellado se usa dos caracteres: E, que significa sello efectivo, y F, que significa sello fallado. Cuando por alguna causa no se puede evaluar el sello, se utiliza la letra N. En los trépanos de cortadores fijos siempre se coloca una X en esta casilla. Tabla 1.12 Código IADC para la condición de los cojinetes

COJINETES CODIGO INGLES ESPAÑOL IADC 0-8 Bearing life used Vida util utilizada E Effective seal Sello efectivo F Failed seal Sello fallado N Not able to grade No se puede calificar X Fixed cutter bit Trepano de partes fijas Fuente: (International Association of Drilling Contractors, 2000)

37

1.6.3. Calibre Indica la medida de desgaste del calibre del trépano. Tabla 1.13 Casillero del Calibre ESTRUCTURA DE CORTE HILERAS HILERAS CARACTERISTICA INTERNAS EXTERNAS DE DESGASTE

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UBICACIÓN CONDICION OTRAS RAZON DEL DE LOS CALIBRE CARACTERISTICAS DE DESGASTE COJINETES DE DESGASTE SACADA

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Fuente: (International Association of Drilling Contractors, 2000)

La letra “I” se usa para designar trépanos que están en su diámetro original. Si el trépano sale con un diámetro menor que el original, el desgaste de calibre o reducción en el diámetro se mide y registra en 1/16”. Por ejemplo, si el trépano tiene 1/8” menos de diámetro, indica que tiene un desgaste de 2/16” y se reporta: desgaste de calibre = 2 (se entiende que son dieciseisavos de pulgada)

Figura 1.31 Ejemplo de medición del Calibre Fuente: (Varel International, 2011)

38

Tabla 1.14 Codigos IADC para la calificación del Calibre

CALIBRE CODIGO IADC I 1 2 3 4

INGLÉS

ESPAÑOL

In Gauge 1/16" undergauge 2/16" undergauge 3/16" undergauge 4/16" undergauge

En calibre 1/16" fuera de calibre 2/16" fuera de calibre 3/16" fuera de calibre 4/16" fuera de calibre

Fuente: (International Association of Drilling Contractors, 2000)

1.6.4. Comentarios Las dos últimas casillas corresponden a las anotaciones finales de la calificación del trépano. 1.6.4.1.

Otras características de desgaste

El espacio número 7 se utiliza para indicar una segunda característica o característica adicional que de desgaste si aplica, estos códigos son los mismo usados en la casilla número 3, si la broca no muestra una característica adicional se usará el código NO correspondiente a No Daño. Tabla 1.15 Casillero de Otras características de desgaste ESTRUCTURA DE CORTE HILERAS HILERAS CARACTERISTICA INTERNAS EXTERNAS DE DESGASTE

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Fuente: (International Association of Drilling Contractors, 2000)

1.6.4.2.

Razón de sacada

Esta posición nos indica la razón de salida de la broca, es decir que define por qué se decidió sacar la broca a superficie.

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Tabla 1.16 Casillero de Razón de sacada ESTRUCTURA DE CORTE HILERAS HILERAS CARACTERISTICA INTERNAS EXTERNAS DE DESGASTE

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UBICACIÓN CONDICION OTRAS RAZON DEL DE LOS CALIBRE CARACTERISTICAS DE DESGASTE COJINETES DE DESGASTE SACADA

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Fuente: (International Association of Drilling Contractors, 2000)

También tiene su código especifico, es importante aclarar que si la broca termina la sección llegando a punto de casing se debe usar la sigla TD, la cual nos indica que termino la sección perforada, este código solo aplica para la condición anterior, de lo contrario se usara la siguiente nomenclatura. Tabla 1.17 Códigos IADC para describir la Razón de Sacada

RAZÓN DE SACADA CODIGO IADC BHA DMF DSF DST DTF LOG RIG CM CP DP FM HP HR PP PR TD TQ TW WC WO

SIGNIFICADO INGLES

SIGNIFICADO ESPAÑOL

Change Bottom Hole Assembly Downhole Motor Failure Drillstring Failure Drill Stem Test Downhole Tool Failure Run Logs Rig Repair Condition Mud Core Point Drill Plug Formation Change Hole Problems Hours Pump Pressure Penetration Rate Total Depth / Csg Depth Torque Twist Off Weather Conditions Washout Drill string

Cambio de ensamble de fondo Falla de Motor de Fondo Falla de barras Ensayo de formación Falla de herramientas de fondo Perfilaje Reparación del Equipo Tratamiento fluido Coroneado Barra tapada Cambio de formación Problemas de pozo Horas Presión de la bomba Baja penetración Profundidad final/Profundidad de entubamiento Torque Barra torcida Condiciones climáticas Rotura de la sarta de perforación

Fuente: (International Association of Drilling Contractors, 2000)

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1.7.

GEOLOGÍA BÁSICA

La geología es la ciencia que estudia los materiales de la tierra, incluyendo minerales y rocas, procesos superficiales y sub superficiales y la historia de la tierra. Para la perforación de pozos de petróleo y gas es fundamental conocer geología de, y su conocimiento es la clave para: 

Selección de trépanos



Optimización del rendimiento de los trépanos



Entendimiento de los desgastes

1.7.1. Tipos de rocas Las rocas se clasifican en tres tipos principales: Sedimentarias, Metamórficas e Ígneas. Estas tienen un ciclo por el cual van transformándose de un tipo a otro. Las rocas más comunes en los campos petroleros son las rocas sedimentarias. Existen tres tipos básicos de rocas sedimentarias: 

Rocas sedimentarias clásticas, formadas por deposición mecánica de partículas.



Rocas sedimentarias quimicas, formadas por la precipitación de materiales disueltos de una solución.



Rocas sedimentarias orgánicas, las cuales se formaron por acumulación de partículas orgánicas de plantas o animales.

41

1.7.1.1.

Rocas sedimentarias clásticas

Figura 1.32 Rocas clásticas: Lutita, Limonita, Arenisca, conglomerado Fuente: (Paris de Ferrer, 2009)

Areniscas: Las areniscas son las rocas más comúnmente perforadas en pozos de petroleo y gas. El principal problema al perforar areniscas es su abrasividad. Las areniscas pueden contener hasta 95% cuarzo, el cual es altamente abrasivo. Otros componentes que contiene la arenisca son el chert, un mineral pesado que puede destruir los trépanos. Lutitas: las lutitas o arcillas son muy abundantes en los pozos de petroleo y gas. El mayor tiempo de la perforación se la pasa perforando estas rocas. Las arcillas pueden ser reactivas e hidratarse con los fluidos de perforación y provocar desestabilización. Las lutitas fracturadas pueden ser muy inestables. Este tipo de formación, causa 90% de los problemas operativos en los pozos. 1.7.1.2.

Rocas sedimentarias quimicas

Figura 1.33 Rocas sedimentarias químicas: Dolomita y Caliza Fuente: (Paris de Ferrer, 2009)

42

Calizas: Los mayores reservorios de gas y petroleo del mundo están compuestos mayormente por rocas calizas porosas. Las calizas fracturadas pueden causar pérdidas totales de circulación y entrampamiento de la sarta de perforación. Los lodos bentónicos pueden originar masas espesas al mezclarse con calizas. Ademas, las calizas pueden tener inclusiones de chert que destruye los trépanos. A pesar de no ser muy abrasivos, las calizas y dolomitas pueden ser muy duras. 1.7.2. Escalas de dureza A lo largo de la historia, durante el estudio y clasificación de los minerales hubo un momento en que se hacía pertinente usar un método que permitiera discernir los diferentes grados de dureza de los minerales y rocas. El primer intento de establecer un método para tal fin, más amateur que profesional, se debió a Fredrich Mohs. Su sencillez tanto de memorización como de aplicación no lo han desbancado de su sitio, ya que puede emplearse en la vida diaria de campo de los geólogos. Tabla 1.18 Escala de dureza de Mohs

Fuente: (Wikipedia.org)

43

1.7.3. Resistencia a la compresión (Dureza de la roca) La resistencia a la compresión es la carga (o peso) por unidad de área a la que el material falla (se rompe) por fracturación o por cizalla extensional. Esta propiedad es muy importante en la mecánica de materiales, tanto en situación no confinada (uniaxial) como confinada (triaxial). Por no guardar la misma proporción en los intervalos se han establecido otras escalas de dureza, basadas en otros métodos, aunque la escala de Mohs aún se aplica en geología debido a su sencillez y facilidad para estimar la dureza de los minerales con medios simples, generalmente para la perforación se aplican otros intervalos basados en la resistencia compresiva no confinada de la roca (tambien llamada resistencia compresiva uniaxial, UCS por sus siglas en ingles). Tabla 1.19 Escala de compresibilidad usada en perforación

COMPRESIBILIDAD DE LA ROCA NO CONFINADA Dureza UCS (PSI) Ejemplos Arenas no consolidadas o pobremente Muy suave < 4000 cementadas, algunas arcillas pegajosas Suave o media 4000 - 8000 La mayoria de lutitas y archillolitas y anhidritas Areniscas de media a dura, limolitas, lutitas Media a dura 8000 - 17000 duras, dolomitas. Arenas duras y abrasivas, dolomitas duras, Dura 17000-27000 calizas, cuarzo, basalto y limolitas cristalinas Areniscas de grano fino y bien cementadas, Muy Dura >27000 rocas metamorficas e igneas Fuente: (Varel International, 2011)

1.7.4. Formaciones intercaladas o inter estratificadas Las formaciones intercaladas, tambien llamadas inter estratificadas, ocurren cuando diferentes estratos o capas de roca de una litología en particular se sitúan en medio o alternativamente con capas de roca de litología diferente. Por ejemplo, areniscas duras y abrasivas pueden presentarse inter estratificadas con lutitas.22

22

UCMP Glossary, ucmp.berkeley.edu, recuperado en abril, 2016

44

Figura 1.34 Ejemplo de Intercalaciones en el pozo Huacaya X1 Fuente: (Petrobras Bolivia)

Las formaciones inter estratificadas causan dificultades a la hora de seleccionar el tipo de trépano óptimo para la perforación. Formaciones duras y abrasivas requieren ciertas características de trépano que entran en conflicto con los requerimientos de formaciones blandas y homogéneas. La tecnología de los trépanos convencionales limita la selección a un trépano que puede contar con una estructura de corte poco agresiva para maximizar la penetración en formaciones blandas, y poco resistente para perforar las formaciones duras, resultando así en: 

Mayor tiempo de perforación



Mayor número de trépanos usados



Mayor cantidad de horas perdidas en carreras de cambio de trépano



Mayores costos en la perforación.

45

Todos estos problemas se incrementan aún más cuando las intercalaciones son impredecibles en pozos profundos exploratorios o en campos nuevos con pocos pozos de referencia. En formaciones de poca abrasividad y poca dureza se requiere maximizar la velocidad de penetración (ROP por sus siglas en inglés), y en formaciones duras y abrasivas se requiere maximizar los metros perforados. Cuando se trata de velocidad de penetración, los trépanos PDC tienen mucha ventaja en formaciones blandas a medias, puesto que tienen una estructura de corte más agresiva que los trépanos impregnados. Y los trépanos impregnados, con una estructura de corte menos agresiva pero mucho más resistente, tienen ventaja en formaciones duras y abrasivas en las cuales pueden lograr mayor avance que los trépanos PDC.

Figura 1.35 Velocidad de Perforación de los diferentes tipos de trépanos segun la resistencia a la compresión de la formación Fuente: (PDVSA, 2011)

46

1.8.

TRÉPANOS HÍBRIDOS

A medida que los reservorios de gas y petroleo se vuelven cada vez más profundos y se sitúan en lugares cada vez más inusuales, se vuelve más complicado el acceso a ellos, y se deben perforar estratos cada vez más complejos. Uno de los principales problemas en la perforación es la presencia de secciones con intercalaciones litológicas que se vuelven impredecibles al momento de perforar. El objetivo de las operadoras, es alcanzar el reservorio en el menor tiempo posible, con la mayor eficiencia y con seguridad. Consecuentemente, las empresas manufactureras de trépanos de perforación innovan y mejoran las tecnologías aplicadas a los trépanos, utilizando diseños más resistentes a la abrasión y al impacto. Actualmente, los tres tipos de trépanos más usados son los de conos giratorios, los de cortadores PDC y los Impregnados de diamante. Cada uno con su propia estructura de corte. Los trépanos de conos giratorios son ideales para perforar formaciones con intercalaciones. Sin embargo, son más lentos y duran menos. Además, tienen problemas al perforar formaciones muy duras y abrasivas puesto que ellas requieren mayor peso sobre el trépano, lo cual reduce la vida útil de los cojinetes, y el cuerpo de acero de los trépanos de conos giratorios es poco resistente a los componentes abrasivos de ese tipo de formaciones. Los trépanos PDC, son ideales para perforar formaciones blandas a medias con relativa facilidad, y son más resistentes a la abrasión. Sin embargo, en formaciones muy duras y abrasivas se desgastan muy rápidamente y pierden la estructura de corte sin lograr un avance significativo. Los trépanos impregnados son ideales para areniscas duras y abrasivas, aunque perforan con más lentitud debido a su mecanismo de corte, pueden lograr un avance considerable.

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TRÉPANOS DE CONOS TRITURACIÓN Y PALEO FORM. BLANDAS A DURAS

TRÉPANOS PDC CIZALLAMIENTO Y CORTE FORM. BLANDAS A MEDIAS

TRÉPANOS IMPREGNADOS RASPADO Y PULIDO FORM. DURAS Y ABRASIVAS

Figura 1.36 Tipos de trépanos, sus mecanismos de corte y aplicaciones Fuente: (PDVSA, 2011)

1.8.1. Definición de un trépano híbrido Los trépanos híbridos son aquellos que combinan dos estructuras de corte diferentes en un mismo cuerpo, aprovechando así las ventajas de cada estructura de corte, para lograr mejor avance y velocidad de penetración sin la necesidad de cambiar de trépano. Los primeros prototipos de trépanos híbridos fueron conceptualizados a inicios de los 1930, sin embargo, no eran una herramienta tecnológicamente viable. Los trépanos híbridos fueron una realidad con los recientes avances en la tecnologia de cortadores de diamante Policristalino PDC.23

23

PESSIER R. y Damschen M., Hybrid Bits Offer Distinct Advantages in Selected Roller-Cone and PDC Bit Applications, New Orleans, SPE, 2010, p. 1

48

Figura 1.37 Primer prototipo de trépano híbrido de Hughes Fuente: (Pessier & Damschen, 2010)

El concepto de los trépanos híbridos fue retomado con la introducción de los nuevos cortadores PDC en la década de 1980 y varios diseños fueron propuestos con resultados variados en sus pruebas. Durante el desarrollo de estos prototipos, la tecnologia de los cortadores PDC seguía en evolución. Finalmente, en 2009, el primer trépano híbrido comercial fue probado exitosamente en Kern County, California, Estados unidos. Se trataba de un trépano híbrido PDC con conos de insertos de carburo de tungsteno de la línea Kymera del fabricante Baker Hughes.24 Este trépano combina las estructuras de corte de los trépanos PDC en aletas principales y los de conos con insertos de carburo de tungsteno, en lugar de aletas secundarias. Los trépanos de gran tamaño pueden tener hasta tres conos y tres o cuatro aletas, y los de diámetro menor, dos conos y dos aletas.

24

RICKARD W. y otros, Kymera Hybrid Bit Technology Reduces Drilling Cost, Stanford, 2014, p.1

49

Figura 1.38 Trépano Hibrido de Baker Hughes: Kymera PDC con conos de insertos Fuente: (Pessier & Damschen, 2010)

Otros diseños tambien fueron probados y están en etapa de investigación. Tal es el caso de un trépano hibrido desarrollado por Technology International, Inc. En 2006 el cual combina insertos de carburo de tungsteno con diamantes térmicamente estables (TSP).25

Figura 1.39 Prototipo híbrido de Technology International, Inc Fuente: (Radtke, 2006)

25

RADTKE Robert, New High Strength and Faster Drilling TSP Diamond Cutters, Kingwood, 2006, p. 78

50

1.8.2. Trépano híbrido PDC- Impregnado Los trépanos híbridos PDC – Impregnados, combinan las estructuras de corte de los trépanos con cortadores de diamante Policristalino compacto (PDC) y la de los trépanos con diamante impregnado. Esta combinación permite obtener mayor velocidad de penetración gracias al mecanismo de cizallamiento y corte de los cortadores PDC y mayor durabilidad gracias al mecanismo de raspado y Pulido de los cilindros impregnados de diamante.

Figura 1.40 Trépano híbrido PDC - Impregnado Fuente: Modificado a partir de (Varel International, 2016)

51

Durante la perforación de formaciones abrasivas en pozos profundos, los trépanos PDC son susceptibles a daño térmico por la abrasión de la roca, y a astillamientos de los cortadores cuando existe impacto en formaciones no homogéneas e inclusiones de chert o pirita. Por otro lado, los trépanos impregnados son usados en intervalos muy profundos que contienen arenas altamente duras y abrasivas debido a que el diamante sintético o natural usado en ellos tiene una alta estabilidad térmica y resistencia a la abrasión, lo cual incrementa los metros perforados comparado con un PDC convencional. Los tamaños de las partículas de diamante, su concentración, distribución y ubicación en el matriz de un trépano puede ser variado para mejorar la resistencia y estabilidad cuando se perfora a través de formaciones con inclusiones de chert, pirita o conglomerados. El mayor problema de los trépanos impregnados es que tienen mucha menor velocidad de penetración en formaciones suaves a medias comparados con los PDC.26 Adicionalmente, ni los trépanos de conos giratorios ni PDC han logrado obtener velocidades de penetración o vida útil satisfactoria cuando se usan en areniscas abrasivas inter estratificadas con lutitas o arcillas. El diseño de los trépanos híbridos permite perforar formaciones inter estratificadas con una mayor velocidad y por más metros. Este tipo de trépanos híbridos, tiene como estructura de corte principal a los cortadores de diamante Policristalino compacto (PDC), y a los cilindros impregnados de diamantes como estructura de corte secundaria. En algunos diseños, se tiene incluso la aleta del trépano impregnada de diamante como estructura de corte terciaria. Así, cuando los cortadores PDC son ligeramente desgastados, los cilindros de impregnación permiten continuar con la perforación aplicando mayores revoluciones por minuto de la sarta. Si la formación cambia nuevamente, volviendo a una litología suave, vuelven a entrar en acción los cortadores PDC. Esto permite atravesar formaciones

HBAEIB Slim y AZAR Michael, “Hybrid Bit Improves Drilling Efficiency in Brazil’s pre-salt formations”, Word Oil, September 2013, pp.154-157 26

52

inter estratificadas sin necesidad de realizar una carrera para cambio de trépano ni desgastar trépanos PDC en tramos cortos. Este trépano híbrido, fue desarrollado especialmente para secciones que inician con formaciones inter estratificadas, donde se presentan mayores problemas, y que continúan más abajo con formaciones duras y abrasivas. 1.8.3. Mecanismo de corte de un trépano híbrido PDC-Impregnado Estos trépanos poseen múltiples mecanismos de corte combinados que son: 

Estructura de cortadores PDC



Cilindros de impregnación de alta densidad, o diamante TSP.



Aletas múltiples impregnadas de diamante.

La vida del trépano extendida se logra mediante el cambio de mecanismo de corte de cizallamiento y corte a raspado y pulido. Al momento de que los cortadores PDC alcanzan un 50% de desgaste, el trépano aún mantiene un 75% de vida útil. Esto gracias a la posición de los cortadores PDC. ALETAS IMPREGNADAS DE DIAMANTE

x mm

CILINDROS IMPREGNADOS DE DIAMANTE TERMOESTABLE

CORTADORES PDC

Figura 1.41 Estructura de corte de un trépano híbrido PDC – Impregnado Fuente: (Varel International, 2016)

53

Luego de alcanzar cierto desgaste del cortador PDC, el cual es anticipado en el diseño, entra en acción la acción de pulido de los cilindros de impregnación de diamante de alta densidad. En ese momento se requiere mayor velocidad de rotación para optimizar el ROP.

Figura 1.42 Cortadores ligeramente desgastados de un trépano PDC-Impregnado Fuente: (Varel International, 2016)

1.8.4. Fabricantes de trépanos híbridos PDC – Impregnados Aun cuando este tipo de trépanos son objeto de muchos estudios por parte de diferentes instituciones que contribuyen a su mejora continua, en la actualidad, existen tres compañias que diseñan y ofrecen los tipos de trépanos híbridos PDC – Impregnados y han hecho pruebas en campo. Estas tres compañias son Smith bits, Varel International y ReedHycalog. Cada una de ellas, tiene sus propios diseños que comparten los mismos principios y combinas las diferentes estructuras de corte anteriormente mencionadas en un mismo trépano. ReedHycalog, perteneciente a la división de Herramientas de fondo de National Oilwell Varco, ha desarrollado un modelo de trépanos híbridos PDC – Impregnados denominado FuseTek, que combina su tecnologia de cortadores PDC DiamodBack, con su material impregnado DuraDiamond. Estos trépanos están disponibles desde diámetros de 6 pulgadas hasta 17 ½” pulgadas.

54

CORTADORES PDC

CILINDROS IMPREGNADOS DE ALTA DENSIDAD

ALETAS IMPREGNADAS DE DIAMANTE

Figura 1.43 Trépano híbrido PDC-Impregnado FuseTek de ReedHycalog Fuente: (www.nov.com)

Varel International tambien ha desarrollado su propio diseño en trépanos PDCImpregnados en su línea Fusion+, los cuales combinan cortadores de alta resistencia a la abrasión, con cilindros de impregnación de alta densidad. Adicionalmente las aletas del trépano tambien están impregnadas de diamante. La línea Fusion+ ofrece una variedad de diseños en trépanos híbridos tanto para trabajos direccionales, corridas con turbina o motor, etc.

CILINDROS IMPREGNADOS DE ALTA DENSIDAD

CORTADORES PDC

ALETAS IMPREGNADAS DE DIAMANTE

Figura 1.44 Trépano híbrido PDC-Impregnado Fusion+ de Varel International Fuente: (Varel International, 2016)

55

Smith Bits, que forma parte de Schlumberger, tambien ha desarrollado sus diseños de trépanos híbridos que forman parte de su línea de trépanos impregnados Kinetic y es denominado Kinetic Hybrid. Estos trépanos combinan cortadores PDC con cortadores de TSP y aletas impregnadas de diamante.

CORTADORES PDC

CORTADORES PDC/TSP

ALETAS IMPREGNADAS DE DIAMANTE

Figura 1.45 Trépano híbrido PDC-Impregnado Kinetic Hybrid de Smith bits (Schlumberger) Fuente: (Hbaieb & Azar, 2013)

56

Diamant Drilling Services cuenta con una línea de trépanos híbridos PDC – Impregnados denominados Dual Matrix. Esta línea de trépanos combina los cortadores de alta resistencia a la abrasión de su línea Meteore, con cilindros impregnados de diamante de grano grande.

Figura 1.46 Trépano híbrido de la line Dual Matrix de Diamant Drilling Services Fuente: (www.diamantds.com, 2016)

1.8.5. Ventajas de un trépano híbrido PDC-Impregnado Con todo lo mencionado anteriormente podemos sintetizar que los trépanos híbridos PDC-Impregnados presentan las siguientes ventajas: 

Mayor ROP en formaciones blandas comparados trépanos Impregnados convencionales.



Mayor avance y vida útil en formaciones duras y abrasivas comparados con trépanos PDC convencionales.



Menor cantidad de carreras para una misma longitud perforada.



Alto potencial para perforar formaciones inter estratificadas en una sola corrida. 57



Diferentes mecanismos de corte que dan versatilidad en formaciones diferentes o en presencia de inclusiones de formaciones problemáticas.

 1.9.

Mejor hidráulica de trépano debido al uso de boquillas. ECONOMÍA DE LA PERFORACIÓN

A pesar de que los trépanos de perforación contribuyen sólo con una fracción del costo de perforación en general, estos pueden ser el elemento más crítico en el cálculo de la actividad económica de la perforación.27 1.9.1. Costo por metro El costo de un trépano PDC, impregnado o Híbrido podría ser muchas veces el de un trépano de conos de dientes o insertos. Por este motivo, el uso de un trépano más costoso debe ser económicamente justificado a través de un desempeño superior. La fórmula más común del costo de perforación es la que evalúa la eficiencia de una carrera de trépano y esta es directamente proporcional a los tiempos empleados en la perforación, y viajes para cambio de trépano e inversamente proporcional a la profundidad perforada. 𝐶𝑃𝑀 =

𝐵 + 𝑅 ∗ (𝑇 + 𝑇𝑣 + 𝑇𝑐 ) 𝑀

Donde: 𝐶𝑃𝑀 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 ($/𝑚) 𝐵 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟é𝑝𝑎𝑛𝑜 ($) 𝑅 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 ($⁄ℎ𝑟) 𝑇 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (ℎ𝑟) 𝑇𝑐 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑥𝑐𝑖𝑜𝑛 (ℎ𝑟) 𝑇𝑣 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑎𝑗𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑜𝑛𝑑𝑜 (ℎ𝑟) 𝑀 = 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎. (𝑚)

27

Shell, Well Engineers Notebook, 2001, p. D-20

58

Cuando se usa un motor de fondo o herramienta direccional, se puede añadir el costo del mismo a la tarifa global de la operación. Como se observa, se incluye un parámetro denominado tiempo de conexión ( 𝑇𝑐 ), el cual se calcula de la siguiente manera: se divide la longitud perforada (𝑀) entre 9.30, debido a que es la longitud estándar de un tubo de perforación. Con la operación anterior se calcula el número de conexiones, posteriormente se multiplica por el tiempo en que se efectúa una conexión; éste es variable de acuerdo con la experiencia del personal, el equipo utilizado y las condiciones de operación. A continuación, se presenta un ejemplo del cálculo del tiempo de conexión: 𝑀 = 850 m

Tiempo en efectuar una conexión = 7 minutos 𝑇𝑐 = 850 m / 9.30 m = 91.39 conexiones x 7 min = 639.73 min 𝑇𝑐 = 639.73 min / 60 = 10.66 Hrs

Para determinar el tiempo de viaje como práctica de campo se utiliza la siguiente fórmula: 𝑇𝑣 = 0.004 (Hrs/m) x Prof (m)

Para determinar el factor 0.004 se supone que en 4 horas la tubería viaja 1000 m (4 Hrs/1000 m= 0.004 Hrs/m), sin embargo como ya se mencionó anteriormente, esto depende totalmente de la experiencia del personal, el equipo utilizado y las condiciones de operación. Al analizar esta fórmula se puede concluir que reducir el costo de un trepano no necesariamente resulta en un menor costo por metro si se perfora con menos velocidad y con mayor cantidad de trépanos. Existen otros factores que afecta el costo total de la perforación de un pozo, que se deben generalmente a riesgos de encontrar problemas de perforación como ser

59

pega de tubería, desviación del pozo, lavado de pozo, etc. Sin embargo, estos problemas son muchas veces difíciles de predeterminar. La fórmula se usa al terminar una corrida de perforación con datos reales de la operación para calcular el costo por metro de perforación, o se puede usar antes de iniciar la corrida asumiendo valores para calcular dicho costo. El costo previsto por metro perforado para un trépano propuesto suele compararse con el costo real de otros trépanos empleados para perforar en la misma región y bajo condiciones similares de perforación. Los pozos que se usan para hacer las comparaciones suelen denominarse "vecinos", o pozos de correlación (pozos offset). En general, la comparación es válida mientras más cercano esté el pozo vecino a la localización propuesta y mientras más parecidos sean los parámetros de perforación. 1.9.2. Análisis de igualdad de costo o “Break even” Cuando se propone usar un trépano de nueva tecnología o de diferente tipo en regiones donde se usan trépanos convencionales de otro tipo, es útil efectuar un análisis de "IGUALDAD DE COSTO", también conocido como “BREAK EVEN” (ni ganar ni perder). El punto “break even” se refiere simplemente a los metros perforados o las horas requeridas para tratar de igualar el costo por metro que se pudiera obtener para un pozo en particular si no se hubiese usado el trépano nuevo o de diferente tipo. Para obtener la "igualdad de costo", se tiene que usar para fines comparativos un buen récord de trépanos de un pozo vecino. En resumen, el análisis de “break even” muestra la rata de penetración o intervalo de perforación requerido para alcanzar o el costo por metro de los pozos offset. Para su cálculo se tienen dos modalidades, asumiendo los metros perforados se calcula el ROP necesario para llegar al break even, y asumiendo una rata de penetración se calcula los metros necesarios para llegar al break even.

60

Asumiendo el Avance 𝑅

𝑅𝑂𝑃𝐵𝐸 =

𝐶𝑃𝑀𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 −

𝑅 ∗ 𝑇𝑣 + 𝐵 𝑀𝑎𝑠

Donde: 𝑅𝑂𝑃𝐵𝐸 = 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑟𝑒𝑎𝑘 𝑒𝑣𝑒𝑛 (𝑚/ℎ) 𝐶𝑃𝑀𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑧𝑜𝑠 𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 ($/𝑚) 𝐵 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟é𝑝𝑎𝑛𝑜 ($) 𝑅 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 ($⁄ℎ𝑟) 𝑇𝑣 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑎𝑗𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑜𝑛𝑑𝑜 (ℎ𝑟) 𝑀𝑎𝑠 = 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎. (𝑚) Asumiendo la rata de penetración 𝑀𝐵𝐸 =

𝑅 ∗ 𝑇𝑣 + 𝐵 𝑅 𝐶𝑃𝑀𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 − 𝑅𝑂𝑃

𝑎𝑠

Donde: 𝑀𝐵𝐸 = 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑟𝑒𝑎𝑘 𝑒𝑣𝑒𝑛 (𝑚/ℎ) 𝐶𝑃𝑀𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑧𝑜𝑠 𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 ($/𝑚) 𝐵 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟é𝑝𝑎𝑛𝑜 ($) 𝑅 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 ($⁄ℎ𝑟) 𝑇𝑣 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑎𝑗𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑜𝑛𝑑𝑜 (ℎ𝑟) 𝑅𝑂𝑃𝑎𝑠 = 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎. (𝑚) Análisis gráfico del Break even El análisis de break even se realiza usualmente mediante un método gráfico graficando el avance en metros vs las horas de rotación. El procedimiento para desarrollar esta grafica es el siguiente:

61

a) Calcular el equivalente en horas del costo del nuevo trépano (B) 𝑇𝑒𝑞 =

𝐵 𝑅

Donde: 𝑇𝑒𝑞 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 (ℎ𝑟) 𝐵 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟é𝑝𝑎𝑛𝑜 ($) 𝑅 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 ($⁄ℎ𝑟) b) Añadir el tiempo de viaje 𝑇𝑣 al tiempo equivalente 𝑇𝑒𝑞 para obtener las horas totales que equivalen al nuevo trépano 𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 . A estas horas, se les llamará punto A y se grafican en el eje de X del lado izquierdo del eje Y.

c) Se calcula los metros del break even usado la fórmula: 𝑀𝐵𝐸 =

𝐵 + 𝑅 ∗ 𝑇𝑣 𝐶𝑃𝑀𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡

Donde: 𝑇𝑣 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑛𝑢𝑒𝑣𝑜 𝑡𝑟é𝑝𝑎𝑛𝑜 (ℎ𝑟) 𝐵 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟é𝑝𝑎𝑛𝑜 𝑛𝑢𝑒𝑣𝑜 ($) 𝑅 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 ($⁄ℎ𝑟) 𝐶𝑃𝑀𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 = 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑃𝑜𝑧𝑜 𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 ($/𝑚) Este punto, se le llamará punto B, y se graficará en el eje Y (avance) d) Se dibuja un alinea recta que pase por los puntos A y B obtenidos en los pasos b) y c). Esta línea es la línea de break even. Cualquier combinación de avance y horas de rotación sobre la línea es un punto de igualdad de costos o break even, donde el costo por mero es constante en cualquier punto de la línea. Por encima de la línea, el trépano nuevo producirá menor costo por metro.

62

Avance (m)

a de Line

ld igua

)C ven ak e e r B d(

po osto

o tro c r me

nte

nsta

a

B (MBE) A (Ttotal)

Tiempo (hrs) Figura 1.47 Gráfica del análisis Break even Fuente: Elaboración propia

Ejemplo 1 Si se usa el siguiente registro de trépanos de 8 ½ pulgadas de dientes IADC 517 que perforaron de 4000 a 4915 m en un determinado pozo, se necesita determinar si un trépano PDC es conveniente económicamente. Tabla 1.20 Datos del ejemplo de cálculo del Break even

Coto del trépano 1,000 1,000 1,000 4,350 4,350

Metros Horas de perforados perforación 198 16 160 15 130 15 168 20 259 30

Horas de Viaje 9.3 9.7 10.2 10.8 11

Fuente: Elaboración Propia

Rendimiento de pozo vecino: 

Total de horas de rotación = 96



Tiempo total de viaje = 51 horas



Costo del equipo = 500 $/Hr



Costo total de barrenas = $ 11,700



Total de metros perforados = 915 m 63

ROP 12.37 10.66 8.66 8.40 8.63

Entonces, el costo por metro del pozo vecino para el intervalo de 4000 a 4915 m es: 𝐶𝑃𝑀 =

𝐵 + 𝑅 ∗ (𝑇 + 𝑇𝑣 ) 11700 + 500 ∗ (96 + 51) = = 93,11 $/𝑚 𝑀 915

Para determinar si un trépano PDC es económicamente adecuado, los rendimientos del pozo vecino se conocen, pero el rendimiento del trépano PDC se estima. Así, se tiene que asumir cuántos metros hay que perforar o el ritmo de penetración (ROP) que debe lograr el trépano PDC en cuestión. Asumiendo que el trépano PDC perforara 915m, que tiene un precio unitario de 15700$ y un tiempo de viaje de 11 horas, entonces, la ROP necesaria para alcanzar el break even es: 𝑅

𝑅𝑂𝑃𝐵𝐸 =

𝐶𝑃𝑀𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 −

𝑅 ∗ 𝑇𝑣 + 𝐵 𝑀𝑎𝑠

=

500 = 7,15 𝑚/ℎ 500 ∗ 11 + 15700 93,11 − 915

El trépano PDC tiene que perforar los 915m a un ritmo de 7,3 metros por hora para igualar el costo por metro de los trépanos de conos. Si se asume una rata de penetración de 30 m/h entonces tenemos: 𝑀𝐵𝐸 =

𝑅 ∗ 𝑇𝑣 + 𝐵 𝑅 𝐶𝑃𝑀𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 − 𝑅𝑂𝑃

=

𝑎𝑠

500 ∗ 11 + 15700 = 277,3 𝑚 500 93,11 − 30

En este caso, si asumimos un ROP de 30mph el trépano PDC solo requiere perforar 277,3 m para igualar el costo por metro de los trépanos de conos. Realizando el método gráfico tenemos: a) Calcular el equivalente en horas del costo del nuevo trépano (B) 𝑇𝑒𝑞 =

𝐵 15700 = = 31,4 ℎ𝑟𝑠 𝑅 500

b) Con un tiempo de viaje de 11 horas 𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑇𝑒𝑞 + 𝑇𝑣 = 31,4 + 11 = 41,4 ℎ𝑟𝑠

64

c) Metros del break even: 𝑀𝐵𝐸 =

𝐵 + 𝑅 ∗ 𝑇𝑣 15700 + 500 ∗ 11 = = 227.7 𝑚 𝐶𝑃𝑀𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 93,11

d) Graficando

Linea de igualdad (break even) 600 500

Avance (m)

400

300 200 100 0

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Tiempo de rotación (hrs) Figura 1.48 Grafica Linea de Igualdad (Break even) del ejemplo 1 Fuente: Elaboración propia

Toda combinación por encima de la línea significa que el trépano tiene un costo por metro menor al promedio de los pozos offset. 1.9.3. Velocidad de perforación (ROP) La velocidad de perforación, rata de penetración o ROP (rate of penetration) está determinada por la cantidad de metros perforados por unidad de tiempo. Generalmente se usa la unidad de metros por hora o pies por hora. 𝑅𝑂𝑃 (𝑚𝑝ℎ) =

𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛

65

CAPITULO 2 - RESULTADOS 2. APLICACIONES DE LOS TRÉPANOS HÍBRIDOS PDC-IMPREGNADO En Bolivia, existen casos ideales para la aplicación de trépanos PDC – Impregnados. Un ejemplo de ello, es la interface de las formaciones Los Monos y Huamampampa en el sub andino sur, la cual en muchos pozos se presenta con muchas intercalaciones entre las lutitas de los monos y las areniscas duras y abrasivas del Huamampampa. En el campo San Alberto, la formación Huamampampa está constituida por areniscas cuarziticas, compactas y muy duras, de grano muy fino, intercaladas con niveles de lutitas y limolitas.28 Ver anexo 8. Este escenario se repite frecuentemente en la interface de las formaciones Los Monos y Huamampampa en el área de Sub Andino Sur, donde se encuentran campos como San Alberto, Margarita, Itaú, Incahuasi, entre otros, los mismos que son campos donde se perforan pozos de alta complejidad y altos costos. En este tipo de pozos es necesario optimizar los tiempos de perforación lo cual puede ser posible mediante la aplicación de nuevas tecnologías como los trépanos híbridos PDC – Impregnados. Los trépanos híbridos PDC-Impregnados tambien son ideales para la perforación de pozos exploratorios donde se pronostican formaciones intercaladas o donde se tiene incertidumbre de la litología que se va a perforar como es el caso de los Pozos Timboy X2 y Lliquimuni centro X1.

28

Ministerio de Hidrocarburos y Energía, Campos Gasíferos y Petrolíferos de Bolivia, La Paz, 2011, p.22

70

Figura 2.1 Intercalaciones de las formaciones Huamampampa (Areniscas duras y abrasivas) y Los Monos (lutitas) en el pozo Sabalo-X12 Fuente: (Ministerio de Hidrocarburos y Energia , 2011)

Existen pocas corridas de trépanos híbridos impregnados en Bolivia. Estas corridas se hicieron en pozos exploratorios donde se esperaba tener formaciones intercaladas. Los pozos donde se usaron este tipo de trépanos son: Pozo Timboy X2 (exploratorio), Pozo Lliquimuni centro X1 (exploratorio), Pozo Incahuasi-X1 (exploratorio), Incahuasi-2 (exploratorio) y pozo Incahuasi-3 (exploratorio).

71

2.1.

Trépano Híbrido PDC-Impregnado Diamant 12 ¼” MDM949

Características del trépano El trépano Diamant 12 ¼” MDM949 (IADC M422) es un trépano híbrido PDC – Impregnado de la línea Dual Matrix de Diamant Drilling Services que cuenta con un cuerpo de matriz de 9 aletas con 50 cortadores de 19 mm ubicados en la cara de trépano y 32 cortadores de 13 mm en el calibre. Además, tiene detrás de cada cortador cilindros impregnados de diamante del mismo diámetro del cortador. Tiene tres aletas principales, y seis secundarias de perfil semi espiralado. Tambien cuenta con 9 boquillas intercambiables y protección en el calibre para trabajos direccionales. Ver ficha técnica en el anexo 9.

Figura 2.2 Trépano Diamant híbrido PDC-Impregnado 12 1/4" MDM949 Fuente: YPFB Petroandina S.A.M.

72

2.1.1. Pozo ICS-X1 Tabla 2.1 Datos del Pozo ICS-X1

Nombre del pozo Pais Campo Operador Equipo de perforación Fecha de inicio Fecha de finalización

ICS-X1 Bolivia INCAHUASI TOTAL E&P BOLIVIA H&P-175 6/10/2003 10/11/2004

Fuente: Elaboración propia

Trépano Híbrido 12 ¼” MDM949 SN: S3H0842 – Fm. Los Monos Objetivos El objetivo del trépano híbrido PDC – Impregnado Diamant de la línea Dual Matrix 12 ¼” MDM949 SN: S3H0842 era el de perforar a través de la formación Los Monos la mayor cantidad de metros posibles. La formación Los Monos había estado presentando lutitas duras con intercalaciones de limolitas y arenisca que alcanzaban compresibilidades de hasta 35-40 kpsi. Desempeño El trépano fue bajado con Motor de fondo 7:8 y perforó dentro de la formación Los Monos la cual presentaba intercalaciones con una litología compuesta por 80 % de limolita muy dura, 10% de arenisca dura (hasta 43 kpsi) y 10% lutita. El trépano perforó desde los 3740 m MD hasta 4125m MD un total de 385m en un tiempo de 169,3 horas con un ROP promedio de 2,27 mph. La inclinación del tramo era de 46,5 grados y se perforaron 342 metros rotando con ROP de 2,5 a 4,5 mph y 43 metros deslizando con ROP de 1,2 a 1,8 mph. Una vez en superficie el trépano fue calificado 0-3-WT-A-X-1-CT/PN-BHA (desgaste bajo).

73

Tabla 2.2 Parámetros de la corrida del trépano 12 1/4" MDM949 SN: S3H0842

Tipo Diámetro (pulg) Marca Modelo IADC Serial TFA (pulg2) Prof. In (m) Prof. Out (m) Avance (m) Tiempo (hrs) ROP (mph) WOB (klb) RPM Caudal (gpm) Torque (klb-ft) Formación UCS (Kpsi) Presión (psi) Dull Grade Fecha de salida

Hibrido PDC – Impregnado 12 ¼” Diamant MDM949 M422 S3H0842 1,35 3740 4125 385 169,3 2,27 20-45 50+82 700-750 12-17 Los Monos 25-45 3000-3450 0-3-WT-A-X-1-CT/PN-BHA 9-febrero-2004

Fuente: Elaboración Propia

Figura 2.3 Fotos del trépano 12 ¼” MDM949 SN: S3H0842 después de la corrida Fuente: YPFB Petroandina SAM

74

Costo por metro Comparando todos los trépanos que se utilizaron para la perforación del tramo 12 ¼” del agujero piloto del pozo ICS-1 se observa que la carrera del trépano híbrido PDC-Impregnado MDM949 tuvo un excelente desempeño. 450

3500

400

3000

350

Avance (m)

250

2000

200

1500

150

CPM ($/m)

2500

300

1000

100 500

50 0 AV CPM

PDC 405 1040

PDC 261 1435

HYB 385 1224

PDC 183 1656

PDC 142 2476

PDC 82 3009

0

Figura 2.4 Avance y CPM Sección 12 1/4" Pozo ICS-X1 Fuente: Elaboración propia

Como se observa el costo por metro es el segundo más bajo de toda la sección y el avance el segundo más alto. Sin embargo, la sección que perforó el trépano es más profunda que el primer trépano y presenta intercalaciones litológicas. Tabla 2.3 Bit Record Sección 12 1/4" del Pozo ICS-X1 POZO

DIAM

TIPO MANF

TRÉPANO

SERIAL IADC

Pulg. ICS-X1 12.25 PDC DDS

SPH829

PROF PROF AV IN OUT m m m

HRS ROP hrs

FORM

DULL GRADE

mph

CPM

S3F0825 S422 3074 3479

405 135.3 2.99 LOS MONOS

1-1-WT-A-X-4-CT-BHA

1040

ICS-X1 12.25 PDC SMITH MDT89HPX

JS8019 M223 3479 3740

261 124.8 2.09 LOS MONOS

2-3-WT-A-X-0-CT-DTF

1435

ICS-X1 12.25 HYB DDS

S3H0842 M422 3740 4125

385 169.3 2.27 LOS MONOS 0-3-WT-A-X-1-CT/PN-BHA 1224

MDM949

ICS-X1 12.25 PDC NOV DS104HGSB1 H47036

4125 4308

183 86.75 2.11 LOS MONOS

1-4-WT-G-X-1-CT-HP

1656

ICS-X1 12.25 PDC NOV DS120HGSUV H45698 M433 4308 4450

142 110.5 1.29 LOS MONOS

2-4-WT-S-X-1-CT-PR

2476

ICS-X1 12.25 PDC DDS

82

1-3-CT-S-X-2-PN-TD

3009

CPM Promedio =

1807

SPH829

S3F0823 S422 4450 4532

57.75 1.42 LOS MONOS

Avance total = 1458 Hrs total =

684.3

ROP prom = 2.13

Fuente: Elaboración propia

75

RUNS

$/m

2 1 1 1 1 1

Análisis Break Even Para este análisis se toman en cuenta todas las corridas del campo Incahuasi en su sección 12 ¼” dentro de la formación Los Monos (Ver anexo 10). Se toma en cuenta la profundidad a la cual entra el trépano híbrido. Tambien se usa como dato el precio del trépano híbrido PDC impregnado de 12 ¼” , una tarifa de equipo (R) de 2000 $/hr, una velocidad de maniobra para el tiempo de viaje de 500m/hr y los promedios de avance y ROP para el avance asumido y el ROP asumido respectivamente. Tabla 2.4 Calculo Break Even trépano 12 ¼” MDM949 SN: S3H0842

Break Even CPMoffset= 3318 $/hr Costo del trépano 99500 $ Prof in 3740 m Tv 7.48 hr R 2000 $/hr A 57.23 B 34.50 Desempeño Mínimo @ Break even Mas 185 m ROPas 2.40 m/h MBE 46.07 m ROPBE 0.74 m/h Desempeño actual Trépano 12 1/4" MDM949 SN: S3H0842 Avance 385 m horas 169.3 hr ROP 2.27 m/h Fuete: Elaboración Propia

Segun los resultados, a un ROP de 2,40 mph, el trépano debía perforar al menos 46,07 metros para mejorar el costo promedio de la sección, o con un avance de 185m, tendría que perforar al menos a 0,74 mph para mejorar el costo por metro promedio. Como se ve en la gráfica siguiente, el desempeño real del trépano supera la línea del de igualdad Break even, por lo tanto, es una corrida que representa ahorro a la operadora.

76

450

12 1/4" MDM949 SN: S3H0842

400 350

Avance (m)

300 250 200 150 100

50 0 -100

-50

0

50

100

150

200

250

300

Tiempo de rotación (hrs) Figura 2.5 Gráfica línea break even Sección 12 1/4" Pozo ICS-X1 Fuente: Elaboración Propia

2.1.2. Pozo ICS-X1ST Trépano Híbrido 12 ¼” MDM949 SN: S4C1039 – Fm. Los Monos Objetivo Un segundo trépano híbrido PDC-Impregnado de Diamant 12 ¼” MDM949 SN: S4C1039 fue usado en el pozo ICS-X1ST, pero en un sidetrack. Su objetivo era perforar dentro de la formación Los Monos con un ángulo vertical y con motor de fondo. Desempeño El trépano perforó dentro de la formación Los Monos (con litología intercalada que alcanzo zonas de dureza de hasta 40 kpsi) desde 4000m MD hasta 4125m MD en 77.75 horas logrando un ROP promedio de 1,61mph. Una vez en superficie el trépano fue calificado 1-2-WT-N-X-0-CT-PR (Desgaste bajo).

77

Tabla 2.5 Parámetros de la corrida del trépano 12 1/4" MDM949 SN: S4C1039

Hibrido PDC – Impregnado 12 ¼” Diamant MDM949 M422 S4C1039 1,35 4000 4125 125 77.75 1.61 33 120 754 Nd 3191 Los Monos 20 - 40 1-2-WT-N-X-0-CT-PR

Tipo Diámetro (pulg) Marca Modelo IADC Serial TFA (pulg2) Prof. In (m) Prof. Out (m) Avance (m) Tiempo (hrs) ROP (mph) WOB (klb) RPM Caudal (gpm) Torque (klb-ft) Presión (psi) Formación UCS (Kpsi) Dull Grade

Fuente: elaboración propia

Costo por metro El trépano 12 ¼” MDM949 SN: S4C1039 tuvo un desempeño regular, perforo con velocidad controlada y termino la sección de 12 ¼”. El costo por metro resultante no es el mejor. Sin embargo, el trépano salió en estado reutilizable y podría haber

300

3000

250

2500

200

2000

150

1500

100

1000

50

500

0

TCI AV 109 CPM 1734

TCI 44 2509

TCI 78 1924

TCI 173 1520

TCI 259 847

TCI 267 914

PDC 252 1502

TCI 79 1896

TCI 161 1528

TCI 141 1792

Figura 2.6 Avance y CPM Sección 12 1/4" Pozo ICS-X1ST Fuente: Elaboración Propia

78

HYB 125 2304

0

CPM ($/m)

Avance (m)

seguido perforando.

Tabla 2.6 Bit record Sección 12 1/4" del Pozo ICS-X1 ST POZO

DIAM

TIPO MANF

TRÉPANO

SERIAL IADC

Pulg.

PROF PROF AV IN OUT m m m

HRS ROP hrs

mph 1.64 LOS MONOS

ICS-X1 ST 12.25 TCI

HC

MX-CS09DX

6000443 436

2436 2545

109

66.5

ICS-X1 ST 12.25 TCI

HC

MX-C09X

6024871 437

2545 2589

44

27

ICS-X1 ST 12.25 TCI

NOV

EMP43HK

46.5

54788

FORM

DULL GRADE

CPM

4-8-WT-G-E-8-BT-BHA

1734

1.63 LOS MONOS 3-8-BT-G/M-E-2-CT-BHA 2509

437

2590 2668

78

1.68 LOS MONOS

3-7-BT-G/M-F-2-LT-PR

1924

ICS-X1 ST 12.25 TCI SMITH GF20BDVPS MM8870 517

2668 2841

173 102.3 1.69 LOS MONOS

2-3-WT-G-F-1-CT-HR

1520

ICS-X1 ST 12.25 TCI

HC

6024863 447

2841 3100

259

3.26 LOS MONOS

4-8-BT-G-E-1-CT-HR

847

ICS-X1 ST 12.25 TCI

HC

MX-DS20GDX 6020309 517

3100 3367

267 90.75 2.94 LOS MONOS

4-8-CT-G-E-1-BT-HR

914

ICS-X1 ST 12.25 PDC

HC

7003230 M323 3367 3619

252 112.8 2.24 LOS MONOS

1-3-WT-A-X-0-CT-PR

1502

ICS-X1 ST 12.25 TCI

HC

2-8-BT-G-E-2-WT-PR

1896

ICS-X1 ST 12.25 TCI

HC

MX-CS18DX HCM507Z MX-CS18DX

6025027 447

3619 3698

79

MX-CS20GDX 5052588 517

3698 3859

161 89.75 1.79 LOS MONOS 4-8-BT-G/M-E-1-WT-HR

3859 4000

141

ICS-X1 ST 12.25 TCI SMITH GF20BDVPD MR2272 ICS-X1 ST 12.25 HYB DDS

79.5

MDM949

517

S4C1039 M422 4000 4125

42.25 1.87 LOS MONOS 92.5

1528

1.52 LOS MONOS 4-8-BT-G/M-EEF-2-CC-HR 1792

125 77.75 1.61 LOS MONOS

RUNS

$/m

1-2-WT-N-X-0-CT-PR

2304

1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1

Fuente: Elaboración Propia

En el análisis break even, se puede observar que evidentemente el trépano si tuvo un desempeño mejor que el promedio del campo. Tabla 2.7 Calculo Break Even trépano 12 ¼” MDM949 SN: S4C1039

Break Even 3318 $/hr 99500 $ 4000 m 8 hr 2000 $/hr 57.75 34.81 Desempeño Mínimo BE Mas= 185 m ROPas= 2.40 m/h MBE= 46.49 m ROPBE= 0.74 m/h Desempeño actual Trépano= 12 1/4" MDM949 SN: S4C1039 Avance= 125 m horas= 77.75 hr ROP= 1.61 m/h

CPMoffset= B= Prof in= Tv= R= A= B=

Fuente: Elaboración propia

79

200

12 1/4" MDM949 SN: S4C1039

Avance (m)

150

100

50

0 -100

-50

0

50

100

150

200

250

300

Tiempo de rotación (hrs) Figura 2.7 Gráfica línea break even Sección 12 1/4" Campo ICS Fuente: Elaboración Propia

2.1.3. Pozo TBY-X2 En el pozo Timboy – X2 se utilizaron cuatro trépanos híbridos PDC – Impregnados de la marca Diamant de tipo MDM949. Tabla 2.8 Datos del pozo Timboy X2

Nombre del pozo Pais Campo Operador Equipo de perforación Fecha de Inicio Fecha de finalización

TBY-X2 Bolivia Timboy YPFB PETROANDINA SAM PDV-8 Sept-2013 Dic-2014

Fuente: Elaboración propia

Objetivo El objetivo de las carreras de los trépanos híbridos era perforar en la sección 12 ¼” en la interface de las formaciones Los Monos y Huamampampa, la cual se esperaba que presentara intercalaciones entre limo arcilitas y areniscas duras de hasta 80

40 Kpsi. Además, se esperaba tener presente las formaciones Icla y Santa Rosa. El tramo era vertical y se tenía previsto usar motor de fondo. 1er Trépano Híbrido Diamant 12 ¼” MDM949 SN: SIL2972 Desempeño El primer trépano híbrido PDC - Impregnado Diamant de 12 ¼” MDM949 SN: SIL2972 fue bajado el 12 de mayo del 2014 con arreglo direccional con motor de fondo de 8” de relación 0,17 rev/gal. El trépano toco fondo en 2081 m MD perforó hasta 2086m en 3,8 horas dentro de la sección superior de la formación Huamampampa la cual presentaba intercalaciones y resentaba litología de 20 % de arenisca, 50% limolita y 30% lutita. El trépano fue sacado por problemas del motor de fondo. Una vez en superficie el trépano fue calificado 0-0-WT-A-X-I-NO-DMF. En una segunda corrida iniciada el 14 de mayo del 2014, el trépano 12 ¼” MDM949 SN: SIL2972 fue bajado con motor de fondo y perforó desde 2086 m MD hasta 2130 m MD, perforando 44m en 21,88 horas con un ROP de 2,01 mph dentro de la formación Huamampampa con intercalaciones y litología de 10% arenisca, 50%limolita y 40 % lutita. Se sacó la herramienta para cambio de BHA. Una vez en superficie el trépano fue calificado 0-1-WT-G-X-I-NO-BHA. En su tercera corrida, el trépano fue bajado con un arreglo direccional con motor de fondo y perforó desde 2130m MD hasta 2404 m MD dentro de la formación Huamampampa, rotando y deslizando para consecutivamente para el control de la verticalidad del pozo. La perforación de los 274m se hizo en un tiempo de 97,02 horas logrando un ROP de 2,82 mph para la carrera. En esta carrera, la litología fue cambiando progresivamente sin embargo aún se presentaban intercalaciones litológicas. La litología variaba desde 0 - 80% arenisca, 20 - 40 % Limolita, 0 – 60% lutita. El trépano fue sacado por cambio de BHA y ya en superficie fue calificado 2-3-WT-G-X-I-CT-BHA.

81

Figura 2.8 Extracto del MudLog pozo TBY-X2 (tramo perforado por el trépano MDM949) Fuente: (Petroandina SAM)

82

Tabla 2.9 Parámetros de las corridas del trépano 12 1/4" MDM949 SN: SIL2972

Primera corrida Tipo Diám. (pulg) Marca Modelo IADC Serial TFA (pulg2) Prof. In (m) Prof. Out (m) Avance (m) Tiempo (hrs) ROP (mph) WOB (klb) RPM Caudal (gpm) Torq. (klb-ft) Presión (psi) Formación Dull Grade Fecha In Fecha Out

0,994 2081 2086 5 3,8 1,32 5 – 15 40 – 120 700 3–5 1500 – 1550 Los Monos-HMP

Segunda Corrida Hibrido PDC – Impregnado 12 ¼” Diamant MDM949 M422 SIL2972 0,994 2086 2130 44 21,88 2,01 3–5 50 – 119 700 3–5 1550 Huamampampa

Tercera corrida

0,994 2130 2404 274 97,02 2,82 3–5 50 – 119 700 5 – 10 1550 Huamampampa

0-0-WT-A-X-I-NO-DMF

0-1-WT-G-X-I-NO-BHA

2-3-WT-G-X-I-CT-BHA

12-mayo-2014 14-mayo-2014

14-mayo-2014 16-myo-2014

16-mayo-2014 23-mayo-2014

Fuente: Elaboración propia

En total el trépano perforó 323 m en un total de 122,7 horas con un ROP promedio de 2,63mph atravesando las formaciones Los Monos y en mayor proporción Huamampampa.

83

Figura 2.9 Fotos del trépano 12 1/4" MDM949 SN: SIL2972 después de las corridas Fuente: Elaboración propia

2do trépano híbrido Diamant 12 ¼” MDM949 SN: SIL2971 Desempeño El segundo trépano híbrido Diamant 12 ¼” MDM949 SN: SIL2971 fue bajado con arreglo direccional con motor de fondo de 8” 0,17 rev/gal. Vestido con 9 boquillas de 12/64”. El trépano toco fondo en 2404 m MD y perforó hasta 2623 m MD logrando un avance de 219m en 124,5 horas con un ROP de 1,76 mph dentro de la formación Huamampampa con litología 60-80% arenisca, 10% limolita y 10-30% lutita. Se sacho la herramienta por BHA y en superficie el trépano fue calificado 3-6-CR-A-X-I-BT-BHA. 84

Tabla 2.10 Parámetros de la corrida del trépano 12 1/4" MDM949 SN: SIL2971

Tipo Diámetro (pulg) Marca Modelo IADC Serial TFA (pulg2) Prof. In (m) Prof. Out (m) Avance (m) Tiempo (hrs) ROP (mph) WOB (klb) RPM Caudal (gpm) Torque (klb-ft) Presión (psi) Formación Dull Grade Fecha de entrada Fecha de salida

Hibrido PDC – Impregnado 12 ¼” Diamant MDM949 M422 SIL2971 0,994 2404 2623 219 124,5 1,76 3 – 12 50 – 119 700 5 – 10 2150 Huamampampa 3-6-CR-A-X-I-BT-BHA 23-mayo-2014 1-junio-2014

Fuente: Elaboración propia

Figura 2.10 Fotos después de la corrida del trépano 12 ¼” MDM949 SN: SIL2971 Fuente: Elaboración propia

85

3er trépano híbrido Diamant 12 ¼” MDM949 SN: S8E2233 Desempeño El tercer trépano Híbrido PDC – Impregnado 12 ¼” MDM949 SN: S8E2233 fue bajado con motor de fondo y perforó desde 2623 m MD hasta 2776 m MD logrando un avance de 153 m en 96,2 horas con un ROP de 1,59 mph. Se perforó dentro de la formación Huamampampa cada vez más limpia con litología 90% arenisca y 10% limolita y compresibilidades muy altas. El trépano fue sacado por baja tasa de perforación y una vez en superficie fue calificado 6-6-CT-A-X-3-BT-PR. Tabla 2.11 Parámetros de la corrida del trépano 12 ¼” MDM949 SN: S8E2233

Tipo Diámetro (pulg) Marca Modelo IADC Serial TFA (pulg2) Prof. In (m) Prof. Out (m) Avance (m) Tiempo (hrs) ROP (mph) WOB (klb) RPM Caudal (gpm) Torque (klb-ft) Presión (psi) Formación Dull Grade Fecha de entrada Fecha de salida

Hibrido PDC – Impregnado 12 ¼” Diamant MDM949 M422 S8M2233 0,994 2623 2776 153 96,2 1,59 8 – 14 50 – 119 700 4–8 2100 Huamampampa 6-6-CT-A-X-3-BT-PR 2-junio-2014 9-junio-2014

Fuente: Elaboración propia

En esta corrida se perforó la arenisca H3 del Huamampampa, la cual presenta unas compresibilidades muy altas (por arriba de 20Kpsi) lo cual daño considerablemente la estructura de corte. Aún asi, el trépano híbrido PDC – Impregnado fue capaz de

86

perforar dentro de areniscas duras y abrasivas que normalmente requiere un trépano impregnado de diamante.

Figura 2.11 Fotos después de la corrida del trépano 12 ¼” MDM949 SN: S8E2233 Fuente: Elaboración propia

4to trépano híbrido Diamant 12 ¼” MDM949 SN: S1M2983 Desempeño El cuarto trépano híbrido PDC - Impregnado Diamant 12 ¼” MDM949 SN: S1M2983 fue bajado con motor de fondo y perforo dentro de la formación Huamampampa iniciando en 2776m MD hasta 2856m MD donde se definió el tope de la formación Icla. Dentro de la formación Icla perforó hasta 2863,5 m MD. En total el trépano perforó 87,5 m en 76,7 horas con un ROP de 1,14 mph. El trépano fue sacado por baja

tasa

de

penetración

y

una

6-8-RO-S/G-X-I-BT-PR. 87

vez

en

superficie

fue

calificado

Tabla 2.12 Parámetros de la corrida del trépano 12 ¼” MDM949 SN: S1M2983

Tipo Diámetro (pulg) Marca Modelo IADC Serial TFA (pulg2) Prof. In (m) Prof. Out (m) Avance (m) Tiempo (hrs) ROP (mph) WOB (klb) RPM Caudal (gpm) Torque (klb-ft) Presión (psi) Formación Dull Grade Fecha de entrada Fecha de salida

Hibrido PDC – Impregnado 12 ¼” Diamant MDM949 M422 S1M2983 0,994 2776 2863,5 87,5 76,7 1,14 8 – 22 50 – 119 700 4–9 2000 – 2250 Huamampampa-Icla 6-8-RO-S/G-X-I-BT-PR 10-junio-2014 24-junio-2014

Fuente: Elaboración propia

Este trépano perforo dentro de la formación Huamampampa en su arenisca H3 caracterizada por su alta dureza y abrasividad hasta llegar a la formación Icla de la cual se perforaron los primeros metros. En la siguiente tabla se muestra un resumen de las corridas hechas con trépanos híbridos PDC – Impregnados 12 ¼” MDM949 en el pozo TBY-X2. Tabla 2.13 Trépanos Híbridos PDC-Impregnados usados en el pozo TBY-X2 Corr

Serial

Prof. In (m)

Prof. Out (m)

Avance (m)

Horas

ROP

R1 R2 R3 R1 R1 R1

SIL2972 SIL2972 SIL2972 SIL2971 S8E2233 S1M2983

2081 2086 2130 2404 2623 2776

2086 2130 2404 2623 2776 2863,5

5 44 274 219 153 87,5

3,8 21,88 97,02 124,5 96,2 76,7

1,32 2,01 2,82 1,76 1,59 1,14

Formación

Los Monos-HMP 0-0-WT-A-X-I-NO-DMF Huamampampa 0-1-WT-G-X-I-NO-BHA Huamampampa 2-3-WT-G-X-I-CT-BHA Huamampampa 3-6-CR-A-X-I-BT-BHA Huamampampa 6-6-CT-A-X-3-BT-PR HMP-Icla 6-8-RO-S/G-X-I-BT-PR

Fuente: Elaboración propia

88

Calificación

Costo por metro El trépano perforó satisfactoriamente toda la formación Huamampampa de la sección 12 ¼” del Pozo. Formación que generalmente se perfora con trépanos impregnados. El primer trépano híbrido PDC – Impregnado alcanzo el mayor avance de toda la sección y al mismo tiempo el menor costo por metro. El segundo trépano tambien alcanzo el segundo mejor costo por metro. Es necesario resaltar que los primeros dos trépanos perforaron zonas con más intercalaciones que las demás, las cuales son precisamente el tipo de litología que se espera para un trépano híbrido. El tercer y cuarto trépano alcanzaron un costo por metro regular dentro de una litología más homogénea con compresibilidades de hasta 35-40 kpsi.

350

3500

300

3000

250

2500

200

2000

150

1500

100

1000

50

500

0

HYB AV 323 CPM 1246

HYB 219 1687

HYB 153 2053

HYB 87.5 3152

PDC 139.5 2641

IMP 70 2931

IMP 190 1624

IMP 155 2086

IMP 256 1645

Figura 2.12 Avance y CPM Sección 12 1/4" Pozo TBY-X2 Fuente: Elaboración propia

89

PDC 183 1733

0

CPM ($/m)

Avance (m)

Avance y CPM Sección 12 1/4" Pozo TBY-X2

Tabla 2.14 Bit record Seccion 12 1/4" Pozo TBY-X2 POZO

DIAM

TIPO MANF

TRÉPANO

SERIAL

Pulg.

IADC

PROF PROF IN OUT m m

AV m

HRS ROP hrs

FORM

DULL GRADE

mph

CPM

TBY-X2 12.25 HYB

DDS

MDM949

SIL2972 M423 2081

2404

323

122.7 2.63 LOS MONOS - HMP

2-3-WT-G-X-I-CT-BHA

1246

TBY-X2 12.25 HYB

DDS

MDM949

SIL2971 M423 2404

2623

219

124.5 1.76

3-6-CR-X-A-I-BT-BHA

1687

TBY-X2 12.25 HYB

DDS

MDM949

S8E2233 M423 2623

2776

153

96.2 1.59

HMP

6-6-CT-A-X-3-BT-PR

2053

TBY-X2 12.25 HYB

DDS

MDM949

S1M-2983 M423 2776

2864

87.5

76.7 1.14

HMP-ICLA

6-8-RO-S/G-X-I-BT-PR

3152

12471633

2864

3003 139.5 124.7 1.12

ICLA

TBY-X2 12.25 PDC HALL

FX65D

TBY-X2 12.25 IMP SMITH K507TBXXC

HMP

6-8-RO-S/G-X-2-WT-BHA 2641

JG-2236

3003

3073

70

28.8 2.43

ICLA

7-5-RO-N-X-2-CT-PR

2931

TBY-X2 12.25 IMP SMITH K507TBPXXC JG-2235

3073

3263

190

79.8 2.38

ICLA

7-5-RO-N-X-1-CT-PR

1624

TBY-X2 12.25 IMP SMITH K507TBPXXC JG-9299

3263

3418

155

86.5 1.79 ICLA-SANTA ROSA

7-5-RO-N-X-I-CT-PR

2086

TBY-X2 12.25 IMP SMITH K507TBPXXC

JY2690

3418

3674

256

134.4 1.90

SANTA ROSA

2-4-WT-A-X-I-CT-BHA

1645

TBY-X2 12.25 PDC

224157

3674

3857

183

95.6 1.91

SANTA ROSA

3-5-BT-C/S-X-I-LT-FM

1733

NOV

RSRE716M

RUNS

$/m

3 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Fuente: Elaboración propia

Análisis Break Even Para el análisis del Break even se utilizaron los datos de los pozos offset más cercanos y recientes comparables al pozo Timboy X2. Estos pozos son el ITU-X3, SBL-7, SBL-X2 y SBL-X3. (Ver anexo 11) Tabla 2.15 Calculo Break Even trépano 12 ¼” MDM949 Pozo TBY-X2

Break Even CPMoffset= 3586 $/hr B= 99500 $ Prof in= 2081 m Tv= 4.162 hr R= 2000 $/hr A= 53.912 B= 30.07 Desempeño Mínimo BE Mas= 229 m ROPas= 2.02 m/h MBE= 41.54 m ROPBE= 0.64 m/h Desempeños trépanos 12 1/4" MDM949 Pozo TBY-X2 SERIAL Avance Horas ROP SIL2972 323 122.7 2.63 SIL2971 219 124.5 1.76 S8E2233 153 96.2 1.59 S1M2983 87.5 76.7 1.14 Fuente: Elaboración propia

90

350

SIL2972

300

Avance (m)

250

SIL2971

200 S8E2233 150 S1M2983

100 50 0 -100

-50

0

50

100

150

200

250

300

Tiempo de rotación (hrs)

Figura 2.13 Gráfica línea break even pozos offset al pozo TBY-X2 Fuente: Elaboración propia

Se puede observar en la gráfica, que todos los trépanos híbridos 12 ¼” MDM949 tienen un rendimiento mejor al promedio de los pozos offset. Por lo tanto, los trépanos tienen menor costo por metro que el promedio y representan un ahorro a las operadoras. 2.2.

Trépano Híbrido PDC-Impregnado Diamant 8 ½” MDM923

Caracteristicas El trépano 8 ½” MDM923 (IADC M432) es un trépano hibrido PDC – Impregnado de la serie Dual Matrix de Diamant de cuerpo de matriz con cortadores de 13 mm y cilindros de impregnación del mismo diámetro ubicados detrás de cada cortador. Cuenta tambien con 9 boquillas intercambiables y calibre con protección para trabajo direccional.

91

Figura 2.14 Trépano Híbrido PDC-Impregnado Dual Matrix 8 1/2" MDM923 Fuente: YPFB Petroandina S.A.M.

2.2.1. Pozo ICS-X1 Trépano Híbrido Diamant 8 ½” MDM923 SN: S3A0737 - Drill out y Fm. HMP Objetivo El objetivo del trépano 8 ½” MDM923 SN: S3A0737 era realizar el drill out del cemento y los accesorios de cementación para luego perforar los primeros metros de la formación Huamampampa. Desempeño El trépano realizo el drill out con cierta complicación. Luego de realizar el drill out del cemento y los accesorios perforó 4 metros dentro de la formación Huamampampa. Una vez en superficie fue calificado 8-8-WT-A-X-0-NO-PR. Costo por metro El trépano 8 ½” MDM923 SN: S3A0737 realizo el drill out de los accesorios de cementación con dificultad y perforo los primeros cuatro metros dentro de la formación Huamampampa con un ROP de 0,53 mph. Es posible que el trépano haya tenido un desgaste anormal durante el drill out. Debido a los pocos metros perforados, el costo por metro del trépano es muy elevado comparado con los demás trépanos de la sección. El costo por metro del trépano es de 32847 $, 92

claramente debido a los pocos metros perforados. El costo por metro de la sección 8 ½” dentro a formación Huamampampa en todo el campo es de 4542 $/m sin tomar en cuenta los trépanos de drill out. (Ver anexo 12) Análisis Break even En la gráfica de la línea de igualdad Break even, se puede observar que el trépano debería haber perforado al menos 25 metros en las mismas horas para poder superar el costo por metro promedio de la sección 8 ½” del campo. 50

Avance (m)

40 30 20 8.5" MDM923 10SN: S3A0737 0 -60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

Tiempo de rotación (hrs) Figura 2.15 Gráfica línea break even Sección 8 ½” del campo ICS Fuente: Elaboración propia

2.3.

Trépano Híbrido PDC - Impregnado Varel 8 ½” VTDi613DGX

Características del trépano El trépano Varel 8 ½” VTDi613DGX tiene un IADC M232, está fabricado de matriz, cuenta con 6 aletas, cortadores de alta resistencia a la abrasión de 13mm tipo Vulcan y cilindros de 13mm con impregnación de diamante. Varel ha desarrollado una nueva tecnología que asocia la alta resistencia a la abrasividad de los cortadores PDC de la clase Vulcan, y cilindros con impregnación de diamante. Los segmentos de impregnación fueron distribuidos como si se tratara de cortadores PDC, utilizando la misma tecnología de diseño para determinar el número y la ubicación de los cortadores para una cobertura óptima. Ficha técnica Ver anexo 13 93

Figura 2.16 Diseño trépano Varel 8 ½” VTDi613DGX (S.N. 6010683) Fuente: (Varelint.com)

2.3.1. Pozo ICS-2 En fecha 4 de diciembre del año 2012 se utilizó por primera vez un trépano Híbrido PDC-Impregnado de la compañía Varel International en Bolivia. El trépano de diámetro 8 ½ pulgadas y nombre VTDi613DGX y de clasificación IADC M232 fue corrido con motor de fondo, perforando cemento y formación Huamampampa. Tabla 2.16 Datos generales del pozo ICS-2

Nombre del pozo Pais Campo Operador Equipo de perforación Fecha de inicio Fecha de finalización

ICS-2 Bolivia INCAHUASI TOTAL E&P BOLIVIA DLS-134 9-dic-2011

Fuente: Elaboración propia

Trépano Híbrido Varel 8 ½” VTDi613DGX SN: 6010683 Fm. Huamampampa Objetivo El objetivo del trépano de 8 ½” VTDi613DGX (S.N. 6010683) era perforar los accesorios de cementación; tapones, collar flotador y cemento en el shoe track, para luego perforar dentro de la formación Huamampampa sucio hasta llegar al punto de 94

coronamiento @ 4,469.00 m MD. Con ROP esperado entre 1.0 y 1.5 metros por hora (mph). Desempeño El trépano fue bajado a fondo de pozo con un motor de fondo de relación revoluciones – galonaje de 0.074 rev/gal, y perforó los accesorios de cementación y el cemento desde 4400 m a 4442 m, luego realizó carrera de acondicionamiento desde 4442 m a 4465 m. Inició la perforación del agujero de 8.5'' de 4465 metros a 4469 metros dentro de la formación Huamampampa y se procedió a sacar herramienta debido a la llegada al punto de corazonamiento @ 4469 m. El trépano una vez en superficie, fue calificado 0-1-BT-A-X-I-NO-BHA. En la siguiente tabla se observan los parámetros de la corrida. Tabla 2.17 Parámetros de la corrida del trépano VTDI613DGX SN:6010683

Tipo Diámetro (pulg) Marca Modelo IADC Serial TFA (pulg2) Prof. In (m) Prof. Out (m) Avance (m) Tiempo (hrs) ROP (mph) WOB (klb) RPM Caudal (gpm) Torque (klb-ft) Presión (psi) Formación Dull Grade Fecha de entrada Fecha de salida

Hibrido PDC – Impregnado 8 ½” Varel VTDI613DGX M232 6010683 0,90 4465 4469 4 2 2 8-9 90 465 ND 3390 Huamampampa 0-1-BT-A-X-I-NO-BHA 4-dic-2012 ND

Fuente: Elaboración propia

95

. Figura 2.17 Trépano Varel 8 ½” VTDi613DGX (S.N. 6010683) luego de la corrida Fuente: Elaboración propia

Costo por metro En esta corrida no se pudo apreciar todo el potencial de la tecnología de este trépano Híbrido PDC – Impregnado de Varel debido a los pocos metros perforados. Sin embargo, su aplicación fue acertada debido que pudo realizar el drill out sin problemas y perforar

la formación

Huamampampa

hasta

el punto

de

corazonamiento sin la necesidad de cambiar trépano. Usualmente esta operación hubiera requerido que se realice el drill out con un trépano de dientes de acero, se perfore los primeros metros de la formación Huamampampa con un trépano de insertos o un impregnado, y se tome el testigo luego. Realizando así, una carrera adicional. El costo por metro del trépano fue de 29963 $/m debido a los pocos metros perforados. Sin embargo, el trépano quedo en estado re utilizable con un desgaste mínimo y podría haber seguido perforando. El costo por metro promedio del campo en la sección 8 ½” es de 4542 $/h. Para poder alcanzar ese costo, el trépano debería haber perforado al menos 28 metros a 2 m/h.

96

2.4.

Trépano Híbrido PDC - Impregnado Varel 12 ¼” VTDI713DG

Caracteristicas del trépano El trépano de Varel Internacional 12 ¼” VTDI713DG de la serie IMax+, es un trépano Hibrido con cuerpo de Matriz de 7 aletas y cortadores de 13mm tipo Vulcan y con diamantes en los cilindros de impregnación, con un IADC M423, que cuenta con tecnologia nueva, diseñada exclusivamente para ambientes de perforación con formaciones duras, abrasivas y con intercalaciones. El trépano cuenta con 7 boquillas intercambiables, para una buena limpieza y refrigeración, requerida al perforar la formación. Ficha técnica ver anexo 14.

Figura 2.18 Diseño del trépano Varel 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280 Fuente: (Varel)

2.4.1. Pozo ICS-3 Trépano Híbrido Varel 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280 Fm. Los Monos-HMP Objetivo El objetivo principal de la corrida 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280 de la serie Fusion+ (tambien llamada IMax+) consistía en realizar la perforación de la interface de las formaciones Los Monos (Lutita) y Huamampampa (Arenas duras y abrasivas) en la sección de 12 ¼” con Power drive.

97

Tabla 2.18 Datos generales trépano 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280

Nombre del pozo Pais Campo Operador Equipo de perforación Tipo de trépano IADC No de serie Diámetro (in) Numero de aletas Tamaño de cortadores

ICS-3 Bolivia INCAHUASI TOTAL E&P BOLIVIA DLS-134 VTDI713DG M423 6014280 12 ¼” 7 13

Fuente: Elaboración propia

Desempeño El trépano 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280 de la serie Fusion+ fue corrido con un power drive desde 4400 metros a 4437 metros a un ROP de 3,0 mph perforando 37 m en su primera corrida. Una vez en superficie el trépano fue calificado 0-0-BT-S-X-0-NO-LOG en estado reutilizable. Luego de ser sacado por registros, no se volvió a bajar el mismo trépano a pesar de estar sin desgaste debido al perfil del mismo puesto que favorecían a la desviación del pozo. En la segunda corrida, el trépano fue bajado con power drive y perforó desde 4427 m a 4442 m. a un ROP de 0,7 mph y se sacó por TD. Una vez en superficie el trépano fue calificado 1-2-WT-A-X-I-NO-TD (Calificación de Varel Intl.). Sin embargo, los parámetros de perforación que se usaron no fueron los adecuados puesto que para optimizar el corte de los cilindros de impregnación se requiere mayor RPM y menor peso, lo cual no se aplicó de manera ideal.

98

Tabla 2.19 Parámetros Corridas 1 y 2 del trépano híbrido VTDI713DG

Tipo Diámetro (pulg) Marca Modelo IADC Serial TFA (pulg2) Prof. In (m) Prof. Out (m) Avance (m) Tiempo (hrs) ROP (mph) WOB (klb) RPM Caudal (gpm) Torque (klb-ft) Presión (psi) Formación Dull Grade Fecha de entrada Fecha de salida

Primera corrida Segunda Corrida Hibrido PDC – Impregnado 12 ¼” Varel VTDI713DG M423 6014280 1,20 1,21 4400 4427 4437 4442 37 15 12,5 22,5 3 0,7 11 22 115 130 620 734 ND ND 2550 3625 Los Monos Huamampampa 0-0-BT-S-X-0-NO-LOG 1-2-WT-A-X-I-NO-TD

Fuente: Elaboración propia

Figura 2.19 Trépano Varel 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280 luego de la segunda corrida Fuente: Elaboración propia

99

Figura 2.20 Detalle del desgaste del trépano Varel 12 ¼” VTDI713DG SN: 6014280 Fuente: Elaboración propia

Costo por metro El costo por metro del trépano fue de 4626 $/m. El más alto de la sección, sin embargo, el trépano perforo dentro de la formación Huamampampa y fue sacado por llegar al TD de a sección en estado re utilizable con desgaste bajo. Tabla 2.20 Bit record sección 12 1/4" Pozo ICS-3 POZO

DIAM

TIPO MANF

TRÉPANO

Pulg.

SERIAL IADC

PROF PROF AV IN OUT m m m

CPM

257

4.28

LOS MONOS

1-1-CT-A-X-2-NO-LOG

511 256.5 1.99

LOS MONOS

0-2-WT-S-X-0-NO-LOG 1345

ICS-3 12.25 PDC HALL

ICS-3 12.25 HYB VAREL VTDI713DG

DULL GRADE

mph

ICS-3 12.25 PDC VAREL R616PDG1H 4006486 M423 3298 4310 1012 FX65D

FORM

hrs

ICS-3 12.25 PDC VAREL R616PDG1H 4006588 M423 3299 4400 1101 ICS-3 12.25 PDC SMITH MSi 713HBPX JH4802 M423 4437 4948

HRS ROP

RUNS

$/m 649

326

3.10

LOS MONOS

1-1-CT-G-X-3-NO-BHA

840

1.2E+07 M423 4310 4427

117

37

3.16

LOS MONOS

1-4-WT-A-X-0-NO-PR

1747

6014280 M423 4427 4442

52

35

1.49 LOS MONOS-HMP

1-2-WT-A-X-I-NO-TD

4626

3 2 3 1 2

Fuente: Elaboración propia

Análisis Break Even Comparando la corrida con los trépanos de la sección 12 ¼” del campo Incahuasi el trépano alcanza la línea de igualdad Break even. Sin embargo, es necesario resaltar que es el único trépano que perfora dentro de la formación Huamampampa y además, el trépano podría haber seguido perforando.

100

Tabla 2.21 Cálculos Análisis Break Even para el trépano VTDI713DG SN:6014280

Break Even CPMoffset= 3318 $/hr B= 99500 $ Prof in= 4400 m Tv= 8.8 hr R= 2000 $/hr A= 58.55 B= 35.29 Desempeño Mínimo BE Mas= 185 m ROPas= 2.40 m/h MBE= 47.13 m ROPBE= 0.74 m/h Desempeño actual Trépano= 12 1/4" VTDI713DGX SN:6014280 Avance= 52 m horas= 35 hr ROP= 1.49 m/h Fuente: Elaboración propia

200

Avance (m)

150

100

12 1/4" VTDI713DGX SN:6014280

50

0

-100

-50

0

50

100

150

200

250

Tiempo de rotación (hrs) Figura 2.21 Gráfica línea Break Even Sección 12 ¼” Campo ICS Fuente: Elaboración propia

101

300

2.5.

Trépano Híbrido PDC – Impregnado ReedHycalog 17 ½” FT816

Caracteristicas del trépano El trépano de 17 ½” FT816 de la serie FuseTek de Reedhycalog, es un trépano hibrido PDC – Impregnado de IADC M422 de cuerpo de matriz y con cortadores resistentes al impacto y cilindros impregnados de diamante en la parte posterior de los cortadores. Cuenta con ocho aletas, cuatro de ellas centrales que brindan mayor estabilidad al trépano y cuatro aletas secundarias. Los cortadores PDC de 16 milímetros. Tambien cuenta con 8 boquillas intercambiables.

Figura 2.22 Diseño del Trépano ReedHycalog FuseTek 17 1/2" FT816 SN: E199213 Fuente: (Nov.com)

102

2.5.1. Pozo LQC-X1

Tabla 2.22 Datos generales Pozo LQC-X1

Nombre del pozo Pais Campo Operador Equipo de perforación

LQC-X1 Bolivia Lliquimuni YPFB PETROANDINA SAM SIN-263

Fuente: Elaboración Propia

El trépano de la serie Fusetek 17 ½” FT816 de la compañía ReedHycalog, fue utilizado en el pozo Lliquimuni centro X1 en fecha 5 de abril del año 2015. Trépano Híbrido ReedHycalog 17 ½” FT816 SN: E199213 Fm. Bala Objetivo El objetivo era perforar verticalmente con motor de fondo para el control de la verticalidad dentro de la formación Bala, la cual presentaba una serie de Intercalaciones de arenisca de grano fino bien consolidada y abrasiva con tramos de limolita. Desempeño El trépano fue corrido con motor de fondo de 9 ½” de relación 0,1046 rev/gal y con un estabilizador de 17 3/8 pulgadas. Fue armado con un flujo total de área de 1,38 pulgadas cuadradas (TFA) y perforó desde os 1258,1 m MD en la formación bala hasta los 1283 m MD en un total de 29 horas haciendo un avance de 24,9 metros perforados con una velocidad de 0,86 metros por hora. Una vez en superficie el trépano fue calificado 2-8-RO-S/G-X-3”-CT-PR. La formación bala presentó una litología intercalada con 10% limolita, 10% arcilita y 80% arenisca.

103

Tabla 2.23 Parámetros de la corrida del trépano 17 1/2" FT816

Tipo Diámetro (pulg) Marca Modelo IADC Serial TFA (pulg2) Prof. In (m) Prof. Out (m) Avance (m) Tiempo (hrs) ROP (mph) WOB (klb) RPM Caudal (gpm) Torque (klb-ft) Presión (psi) Formación Dull Grade Fecha de entrada Fecha de salida

Hibrido PDC – Impregnado 17 ½” ReedHycalog FT816 M422 E199213 1,381 1258,1 1283 24,9 29 0,86 10 – 15 40 + 86 800 13 – 18 1940 Bala 2-8-RO-S/G-X-3-CT-PR 5-abril-2015 7-abril-2015

Fuente: Elaboración propia

Durante la corrida del trépano se observó constantemente vibraciones axiales severas y torques excesivos. Para mitigar eso se tuvo que levantar herramienta continuamente, sin embargo, las vibraciones continuaron altas. Tambien hubo se observó amagos de pega y una pega la cual pudo ser solucionada con golpes de tijera. Costo por metro Es de esperar que, debido a todos estos problemas operativos, el trépano haya salido con el daño observado y no haya tenido el rendimiento deseado, por lo mismo el costo por metro final el mayor al de otras corridas. El costo por metro del trépano es de 10252$/m. En la sección de 17 ½” se tiene corridas con costos por metro de hasta 2190 $/m y el promedio del tramo es de 10929$/m debido a algunas corridas puntuales que tuvieron bajo desempeño.

104

Tabla 2.24 Bit record y CPM Sección 17 1/2" Fm Bala Pozo LQC-X1 POZO

DIAM

TIPO MANF

TRÉPANO

SERIAL

IADC

Pulg.

PROF PROF IN OUT m m

AV

HRS

ROP

m

hrs

mph

FORM

DULL GRADE

CPM

LQC-X1

17.5

TCI

HC

VM-096DX

5218106

435

1092

1151

59

68.8

0.86

BALA

5-4-WT-A-IF-E-E-I-CT-PR

3636

LQC-X1

17.5

TCI

NOV

EMS53AKPRC

D186278

535

1151

1179

28.2

41.0

0.69

BALA

4-6-WT-A-E-3-BT-PR

5643

LQC-X1

17.5

TCI SMITH MS1716LHBPX

JH4461

M433 1179

1257

77.8

79.2

0.98

BALA

2-7-RO-S/G-X-3-BT/CT-PR

3035

LQC-X1

17.5

HYB

E199213 M422 1258

1283

24.9

29.0

0.86

BALA

2-8-RO-S/G-X-3”-CT-PR

10252

LQC-X1

17.5

TCI VAREL

HR18JMRSV

1323775

1283

LQC-X1

17.5

PDC SMITH

MSI716LHBPX

JH4460

M433 1284

LQC-X1

17.5

PDC

HCM5072X

7015207

LQC-X1

17.5

PDC SMITH

MSI716LHBPX

JH3141

LQC-X1

17.5

PDC SMITH

G15BODCPS

PZ4211

445

1632

LQC-X1

17.5

TCI SMITH

G15BODCPS

PZ4209

445

LQC-X1

17.5

TCI

EBXT12SLC

11609924

NOV

HC

HALL

FT816

445

1283

RUNS

$/m

1.51

5.6

0.27

BALA

1-2-WT-A-EFA-I-BT-BHA

72650

1370 86.06

85.2

1.01

BALA

1-3-BT-N/S-X-2-CT/WT-BHA

4257

1370

1432

62

59.8

1.04

BALA-BEU

1-3-BT/CT-A-X-3-WT-TQ

5098

M433 1432

1632

200

120.0

1.67

BEU

1-4-RO-S-X-3-BT/DL-HP

2190

1697 65.12

58.1

1.12

BEU

3-2-WT-A-E-I-RG/TR-BHA

5042

1697

1745

48

47.3

1.01

BEU

1-1-WT-A-E-I-TR/BT-BHA

3672

1745

1780

35

42.2

0.83

BEU

1-2-WT-A-E-/S/S-1-RG/TR-TQ

4753

1 1 1 1 3 1 1 1 2 1 1

Fuente: Elaboración propia

Análisis Break Even Tomando en cuenta las corridas comparables dentro de la formación Bala de la sección 17 ½” del pozo LQC-X1, se puede observar que el trépano tiene un rendimiento ligeramente por encima de la línea del break even. La sección tiene un avance promedio por trépano de 62.51 metros y un ROP promedio de 1.08 mph. Tabla 2.25 Análisis Break Even trépano FT816 SN: E199213

Break Even CPMoffset= 10929 $/hr B= 185000 $ Prof in= 1258 m Tv= 2.516 hr R= 2000 $/hr A= 95.016 B= 17.39 Desempeño Mínimo BE Mas= 63 m ROPas= 1.08 m/h MBE= 20.94 m ROPBE= 0.25 m/h Desempeño actual Trépano= 17 1/2" FT816 SN:E199213 Avance= 24.9 m horas= 29 hr ROP= 0.86 m/h Fuente: Elaboración propia

105

Avance (m)

100

50 17 1/2" FT816 SN:E199213

0 -150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

Tiempo de rotación (hrs) Figura 2.23 Gráfica de igualdad Break even Sección 17 1/2" Fm. Bala Pozo LQC-X1 Fuente: Elaboración propia

2.6.

Trépano Híbrido PDC – Impregnado ReedHycalog 12 ¼” FT716

Características del Trépano El trépano 12 ¼” FT716 es un trépano híbrido PDC – Impregnado de la serie Fusetek de ReedHycalog que cuenta con 7 aletas con cortadores de alta resistencia a la abrasión de 16 mm de diámetro de la línea de cortadores Helios de ReedHycalog. Es un trépano con cuerpo de Matriz con tres aletas principales y cuatro secundarias, con cilindros de impregnación de diamante y aletas impregnadas de diamante. Ficha técnica, Ver Anexo 15.

Figura 2.24 Trépano Híbrido PDC - Impregnado Fusetek 12 1/4" FT716 Fuente: (nov.com)

106

2.6.1. Pozo LQC-X1 Trépano Híbrido Reed Hycalog 12 ¼” FT716 SN: E201962 Fm. Copacabana Objetivo El trépano 12 ¼” FT716 SN: E201962 de la línea Fusetek de ReedHycalog, fue bajado en fecha 16 de agosto del 2015 con un arreglo direccional con Motor de fondo y estabilizadores de 12 1/8”. El objetivo de esta corrida era perforar dentro de la formación Copacabana que al inicio de la corrida presentaba litología intercalada compuesta por 50% de caliza, 30% de arenisca y 20 % de limolita. Desempeño El trépano 12 ¼” FT716 SN: E201962 fue bajado en dos oportunidades en el pozo. En su primera corrida fue bajado con un BHA direccional con motor de fondo y vestido con 7 boquillas de 13/63” con un TFA de 0,997. Tocó fondo en 2883m MD y perforó hasta 2924 m MD en 38,2 horas con un ROP de 1,07 mph dentro de la formación Copacabana que mantuvo una composición litológica intercalada con areniscas entre 50 y 60 %, Caliza, 10 % y limolita entre 30 y 40%. La inclinación del pozo era de 4,55 grados. Una vez en superficie el trépano fue calificado 1-3-WT-A-X-I-CT-PR. En su segunda corrida el trépano fue bajado con un BHA convencional para repaso. Sin embargo, se perforó un metro de formación desde 2949 m MD hasta 2950 m DM dentro de la formación Copacabana en un tiempo de 2,1 horas con un ROP de 0,5 mph. Esta segunda corrida solo tenía como fin hacer un repaso y acondicionar el

pozo.

Luego

del

acondicionamiento

1-3-WT-A-X-I-CT-BHA.

107

el

trépano

fue

calificado

Tabla 2.26 Parámetros de las corridas del trépano 12 1/4" FT716 SN: E201962

Tipo Diámetro (pulg) Marca Modelo IADC Serial TFA (pulg2) Prof. In (m) Prof. Out (m) Avance (m) Tiempo (hrs) ROP (mph) WOB (klb) RPM Caudal (gpm) Torque (klb-ft) Presión (psi) Dull Grade Fecha de entrada Fecha de salida

Primera corrida Segunda Corrida Hibrido PDC – Impregnado 12 ¼” ReedHycalog

FT716 M422

E201962 0,907 2883 2924 41 38,2 1,07 7 – 10 30 + 90 570 13 – 16 2140 1-3-WT-A-X-I-CT-PR 16-agosto-2015 20-agosto-2015

0,907 2949 2950 1 2,1 0,5 3–6 100 500 15 – 18 1625 1-3-WT-A-X-I-CT-BHA 28-agosto-2015 29-agosto-2015

Fuente: Elaboración propia

En la siguiente tabla se muestra un resumen de las corridas del trépano FT716. Tabla 2.27 Corridas del trépano 12 1/4" FT716 SN: E201962

Corrida R1 R2

Prof. In (m) 2883 2949

Prof. Out (m) 2924 2950

Avance Horas (m) 41 38,2 1 2,1

ROP

Formación

Calificación

1,07 0,50

Copacabana Copacabana

1-3-WT-A-X-I-CT-PR 1-3-WT-A-X-I-CT-BHA

Fuente: Elaboración propia

108

Figura 2.25 Trépano 12 1/4" FT716 SN: E201962 después de las corridas Fuente: Elaboración propia

Costo por metro En la sección de 12 ¼” se usaron trépanos PDC, de dientes, de insertos y hasta impregnados. El trépano híbrido FT716 perforo con un ROP cercano al promedio de toda la sección y salió en estado re utilizable. Si bien el costo por metro es mayor a lo de los trépanos de insertos, este es menor al PDC subsiguiente que tambien tuvo un desgaste considerablemente mayor. El trépano híbrido hubiera podido seguir perforando lo cual habría reducido su costo por metro final. El costo por metro alcanzado por el trépano es de 4861 $/m y el promedio del campo es de 4226 $/m.

109

250

12000

Avance (m)

8000 150 6000 100 4000 50 0 AV CPM

CPM ($/m)

10000

200

2000 PDC 208 2003

PDC 102 2368

TCI 75 2617

TCI 36 3671

HYB 41 4861

PDC 25 6622

MT 9 11218

IMP 226 1957

IMP 108 2715

0

Figura 2.26 Avance y CPM Sección 12 1/4" Pozo LQC-X1 Fuente: Elaboración propia Tabla 2.28 Bit record sección 12 1/4" Pozo LQC-X1 POZO

DIAM

TIPO MANF

TRÉPANO

SERIAL

IADC

Pulg. LQC-X1 12.25 PDC HALL LQC-X1 12.25 PDC HALL

PROF PROF IN OUT m m

AV

HRS

ROP

FORM

DULL GRADE

CPM

m

hrs

mph

FX 65

12400484 M422 2462

2670

208

150.1

1.39

COPACABANA 1-2-CT/BT-S/G-X-I-WT-BHA

2003

FX 65

$/m

12400485 M422 2670

2772

102

62.2

1.64

COPACABANA 4-8-RO-S/G-X-8-CT/BT-BHA

2368

LQC-X1 12.25

TCI

HC

VM-20DX

5201163

515

2772

2847

75

68.9

1.09

COPACABANA

2-8-BT-S/M-E-1-LT-PR

2617

LQC-X1 12.25

TCI

HC

VM-20DX

5201137

515

2847

2883

36

36.7

0.98

COPACABANA

8-8-BT/CT-A-E-1-LT-PR

3671

LQC-X1 12.25 HYB

NOV

FT-716

E201962 M422 2883

2924

41

38.2

1.07

COPACABANA

1-3-WT-A-X-I-CT-PR

4861

LQC-X1 12.25 PDC

HC

QD407FX

71353329

2924

2949

25

23.48

1.06

COPACABANA 5-7-CT/BT-S/G-X-1-CR-CP

6622

2949

2958

9

27

0.33

COPACABANA

2-2-WT-A-E-1-CT-BHA

11218

LQC-X1 12.25

MT

HALL

QH1RC

12343811

LQC-X1 12.25

IMP SMITH

K507T

JH5048

M842 2950

3176

226

146.9

1.54

COPACABANA

2-2-WT-A-X-I-CT-PR

1957

LQC-X1 12.25

IMP SMITH K5077BPXX5 JH5050

M842 3176

3284

108

72

1.50

COPACABANA

1-1-WT-A-X-I-CT-BHA

2715

117

Fuente: Elaboración propia

Análisis Break Even Para el análisis se tomaron en cuenta todas las corridas de la sección 12 ¼” del Pozo LQC-X1 dentro de la formación Copacabana. Se puede observar que el trépano alcanzo la línea de igualdad break even. Sin embargo, su rendimiento está por debajo de otras corridas. Aun así, el trépano salió en estado re utilizable y podría haber seguido perforando. Los trépanos de carreras conjuntas tuvieron un desgaste severo en comparación con el trépano híbrido.

110

Tabla 2.29 Análisis Break Even trépano FT716 SN: E201962

Break Even CPMoffset= 4226 $/hr B= 99500 $ Prof in= 2883 m Tv= 5.766 hr R= 2000 $/hr A= 55.516 B= 26.27 Desempeño Mínimo BE Mas= 92 m ROPas= 1.33 m/h MBE= 40.79 m ROPBE= 0.66 m/h Desempeño actual 12.25" FT716 Trépano= SN:E201962 Avance= 41 m horas= 38.2 hr ROP= 1.07 m/h Fuente: Elaboración propia

200

Avance (m)

150

100 12.25" FT716 SN:E201962

50

0 -100

-50

0

50

100

150

200

250

300

Tiempo de rotación (hrs)

Figura 2.27 Grafica break even sección 12 ¼” Pozo LQC-X1 Fm. Copacabana Fuente: Elaboración propia

111

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES 

Los trépanos usados en la industria petrolera están en constante desarrollo y, en Bolivia, se usan trépanos de última tecnología debido al alto grado de complejidad de muchos campos. Por esto mismo, trépanos híbridos han sido usados y probados en Bolivia.



Los trépanos convencionales, aún con los grandes avances, no son siempre una solución completa para afrontar nuevos desafíos en la perforación de pozos de litología muy compleja como cuando existen arenas muy duras y abrasivas con intercalaciones de formaciones blandas, situación que se presenta en varios pozos de Bolivia y precisamente en los campos Incahuasi, Timboy, y Lliquimuni.



Los trépanos híbridos PDC-Impregnados, muestran un gran potencial para solucionar los problemas que se afrontan durante la perforación de las formaciones con intercalaciones litológicas de los campos que combinan formaciones perforables con trépanos PDC y formaciones perforables con trépanos impregnados ofreciendo una mayor velocidad de penetración y mayor avance por corrida.



Si bien esta tecnología aun es nueva, poco frecuente en los pozos en Bolivia, y su uso aun no sido optimizado, la aplicación de trépanos híbridos PDC – Impregnados tiene un gran potencial debido a las complejidades de las formaciones que se perforan en los pozos bolivianos. Los casos analizados en los Pozos ICS-2, ICS-3, y en especial los casos del ICS-X1, TBY-X2 y LQC-X1 muestran que los trépanos híbridos PDC – Impregnados son una alternativa muy eficaz para la perforación de tramos con intercalaciones litológicas.



En los casos más ideales, los trépanos híbridos lograron perforar formaciones con intercalaciones de la manera más eficiente y con el menor costo por metro. Por otro lado, aun es necesario optimizar estas aplicaciones.

112

RECOMENDACIONES Por todo el potencial que demuestran los trépanos híbridos PDC-Impregnados para perforar formaciones con intercalaciones se recomienda continuar haciendo seguimiento a sus desempeños en los campos nacionales para consolidar su aplicación oportunamente. Al mismo tiempo, se recomienda hacer un análisis de los desempeños de los trépanos híbridos PDC – Impregnados a nivel mundial en los pozos en los cuales se están aplicando y hacer seguimiento tambien de los nuevos diseños presentados por las compañias fabricantes de trépanos de perforación.

113

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115

ANEXOS Anexo 1 - Patente primer trépano de dos conos de Hughes 1909

116

Anexo 2 – Ejemplo Ficha Técnica de un trépano de tres conos de dientes

117

Anexo 3 – Ejemplo Ficha técnica de un trépano de conos de insertos

118

Anexo 4 - Ejemplo Ficha técnica de un trépano PDC

119

Anexo 5 – Ejemplo Ficha técnica de un trépano impregnado

120

Anexo 6 – Tabla comparativa de trépanos de conos

121

Anexo 7 - Dull Grading Chart de la IADC

122

Anexo 8 - Estado Mecanico y arreglo final Pozo SBL-X12

123

Anexo 9 – Ficha técnica trépano Híbrido 12 ¼” MDM949

124

Anexo 10 – Corridas 12 ¼” Campo Incahuasi

POZO

DIAM

TIPO MANF

TRÉPANO

SERIAL IADC

Pulg. ICS-X1 12.25 PDC DDS

SPH829

PROF PROF AV IN OUT m m m

HRS ROP hrs

FORM

DULL GRADE

mph

CPM

S3F0825 S422 3074 3479

405 135.3 2.99

LOS MONOS

1-1-WT-A-X-4-CT-BHA 1040

ICS-X1 12.25 PDC SMITH MDT89HPX

JS8019 M223 3479 3740

261 124.8 2.09

LOS MONOS

2-3-WT-A-X-0-CT-DTF 1435

ICS-X1 12.25 HYB DDS

S3H0842 M422 3740 4125

0-3-WT-A-X-1-CT/PN-BHA 1224

MDM949

385 169.3 2.27

LOS MONOS

4125 4308

183 86.75 2.11

LOS MONOS

1-4-WT-G-X-1-CT-HP

1656

ICS-X1 12.25 PDC NOV DS120HGSUV H45698 M433 4308 4450

142 110.5 1.29

LOS MONOS

2-4-WT-S-X-1-CT-PR

2476

ICS-X1 12.25 PDC DDS

S3F0823 S422 4450 4532

82

57.75 1.42

LOS MONOS

1-3-CT-S-X-2-PN-TD

3009

MX-CS09DX

6000443 436

2436 2545

109

66.5

1.64

LOS MONOS

4-8-WT-G-E-8-BT-BHA 1734

6024871 437

ICS-X1 12.25 PDC NOV DS104HGSB1 H47036

ICS-X1 ST12.25 TCI

HC

SPH829

ICS-X1 ST12.25 TCI

HC

MX-C09X

ICS-X1 ST12.25 TCI

NOV

EMP43HK

2545 2589

44

27

1.63

LOS MONOS

3-8-BT-G/M-E-2-CT-BHA 2509

437

2590 2668

78

46.5

1.68

LOS MONOS

3-7-BT-G/M-F-2-LT-PR 1924

ICS-X1 ST12.25 TCI SMITH GF20BDVPS MM8870 517

2668 2841

173 102.3 1.69

LOS MONOS

2-3-WT-G-F-1-CT-HR

1520

ICS-X1 ST12.25 TCI

HC

6024863 447

2841 3100

259

3.26

LOS MONOS

4-8-BT-G-E-1-CT-HR

847

ICS-X1 ST12.25 TCI

HC

MX-DS20GDX 6020309 517

3100 3367

267 90.75 2.94

LOS MONOS

4-8-CT-G-E-1-BT-HR

914

ICS-X1 ST12.25 PDC

HC

7003230 M323 3367 3619

252 112.8 2.24

LOS MONOS

1-3-WT-A-X-0-CT-PR

1502

ICS-X1 ST12.25 TCI

HC

2-8-BT-G-E-2-WT-PR

1896

ICS-X1 ST12.25 TCI

HC

MX-CS18DX HCM507Z MX-CS18DX

54788

79.5

6025027 447

3619 3698

79

42.25 1.87

LOS MONOS

MX-CS20GDX 5052588 517

3698 3859

161 89.75 1.79

LOS MONOS

4-8-BT-G/M-E-1-WT-HR 1528

3859 4000

141

4-8-BT-G/M-EEF-2-CC-HR 1792

ICS-X1 ST12.25 TCI SMITH GF20BDVPD MR2272

1.52

LOS MONOS

MDM949

S4C1039 M422 4000 4125

125 77.75 1.61

LOS MONOS

1-2-WT-N-X-0-CT-PR

RSRE716M

226477 M422 3768 3804

36

13.5

2.67

LOS MONOS

1-1-BT-A-X-0-NO-BHA 4234

ICS-2 12.25 TCI SMITH G04BVCPS

PX7825 415X 3804 3832

28

43.5

0.64

LOS MONOS

ICS-2 12.25 PDC NOV

RSRE716M

226477 M422 3832 4024

192

63

3.05

LOS MONOS

3-5-BT-H-X-0-WT-BHA 1319

FX65D

1.2E+07 M323 4024 4461

437 123.5 3.54

ICS-X1 ST12.25 HYB DDS ICS-2 12.25 PDC NOV

ICS-2 12.25 PDC HALL

517

LOS MONOS

2-3-WT-A-X-1-NO-PR

LOS MONOS

1-1-WT-A-E-0-NO-TD 20105

1.5

2.00

LOS MONOS

1-1-WT-A-E-0-NO-BHA 21697

257

4.28

LOS MONOS

1-1-CT-A-X-2-NO-LOG

511 256.5 1.99

LOS MONOS

0-2-WT-S-X-0-NO-LOG 1345

R22APDH

AT4324

----

4461 4465

4

ICS-3 12.25 TCI

NOV

R22APDH

AT4324

517

3296 3299

3

ICS-3 12.25 PDC VAREL R616PDG1H 4006588 M423 3299 4400 1101 ICS-3 12.25 PDC VAREL R616PDG1H 4006486 M423 3298 4310 1012 ICS-3 12.25 PDC HALL

ICS-3 12.25 HYB VAREL VTDI713DG AQI-X100112.25

864

649

326

3.10

LOS MONOS

1-1-CT-G-X-3-NO-BHA

840

1.2E+07 M423 4310 4427

117

37

3.16

LOS MONOS

1-4-WT-A-X-0-NO-PR

1747

1-2-WT-A-X-I-NO-TD

4626

6014280 M423 4427 4442

52

35

1.49 LOS MONOS-HMP

GXD-C1X

5181091 117

2920 2935

15

12

1.25

IQUIRI

1-1-WT-A-E-2-NO-BHA 4719

HC

MX-18HDX

6031031 447

2935 3051

116

57

2.04

IQUIRI

5-8-BT-M-E-0-CT-BHA 1501

HC

VM-20 GDX

5180246 517

3051 3192

141

43.5

5180247 517

3192 3259

67

20

3.35

LOS MONOS

-------LIH

1519

PA6040

117

3134 3166

32

52.5

0.61

LOS MONOS

1-1-WT-A-E-1-NO-HR

4801

MT

HC

AQI-X100112.25 TCI AQI-X100112.25 TCI AQI-X100112.25 TCI

5477

0.89

NOV

FX65D

4-2-LT-M-E-0-CT-HR

2304

4.5

ICS-2 12.25 TCI

ICS-3 12.25 PDC SMITH MSi 713HBPX JH4802 M423 4437 4948

92.5

3.24 IQUIRI-LOS MONOS 4-3-BT-A-E-1-LT WT SD- PR1051

HC

VM-20 GDX

MT

NOV

D11C

AQI-X100112.25 TCI

HC

VM-20 GDX

5180243 517

3166 3295

129

69.5

1.86

LOS MONOS

7-4-BT-A-F-1-CI-HR

1559

AQI-X100112.25 TCI

HC

VM-20 GDX

5181793 517

3295 3329

34

17.5

1.94

LOS MONOS

-------LIH

2863

AQI-X100112.25

MT

HC

VM-3

5182507

3083 3093

10

10

1.00

IQUIRI

AQI-X100112.25 TCI

HC

VM-20 GDX

5180245 517

3093 3171

78

62.5

1.25 IQUIRI-LOS MONOS 1-1-WT-A-E-1-RG-PR

2385

AQI-X100112.25 TCI

HC

VM-20 GDX

5180244 517

3171 3244

73

68.5

1.07

LOS MONOS

1-1-WT-N-E-1-RG-HR

2721

AQI-X100112.25 PDC

HC

HCM507ZX

7302877 M423 3244 3580

336

100

3.36

LOS MONOS

-------LIH

963

NOV

TC11CP

B30828

3135 3145

10

8

1.25

LOS MONOS

2-2-WT-A-F-1-NO-HR

6446

AQI-X100112.25 PDC DDS

SHC826

SOE2608 M423 3145 3234

89

35.5

2.51

LOS MONOS

1-1-WT-A-X-0-NO-BHA 2156

5186595 117

3109 3118

9

14.5

0.62

LOS MONOS

1-2-WT-G-E-1-RG-HR

3118 3150

32

49.5

0.65

LOS MONOS

1-2-WT-G-E-1-RG-BHA 4609

3150 3458

308

96

3.21

LOS MONOS

AQI-X100112.25

AQI-X100112.25

MT

AQI-X100112.25

MT

HC

VM-1

AQI-X100112.25

MT

NOV

TC11CP

B30439

AQI-X100112.25 PDC

HC

HCD507ZX

7500807

117

117

Avance total = 8118 Hrs total =

3389

ROP prom = 2.40 Av. Prom=

125

185

RUNS

$/m

1-1-WT-A-E-0-NO-BHA 6804

8583

1-1-WT-A-X-0-NO-TD

1111

CPM Promedio =

3318

2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 2 3 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2

Anexo 11 – Corridas Sección 12 ¼” Pozos offset TBY-X2 POZO

DIAM

TIPO MANF

TRÉPANO

SERIAL

IADC

Pulg.

PROF PROF IN OUT m m

AV

HRS ROP

m

hrs

mph

FORM

DULL GRADE

CPM

ITU-X3 12.25 TCI

HTC

MX-CDS18DD

S02DW

447

3042

3073

31

25.1

1.23

LOS MONOS

6-6-BT-M/G-E-I-JD-PR

3565

ITU-X3 12.25 TCI

STC

20GFDPS

MJ3049

517

3073

3094

21

19.9

1.06

LOS MONOS

5-2-BT-M-E-I-JD-PR

4774

ITU-X3 12.25 PDC

SEC

FM2743

10383112 M333 3094

3115

21

25.7

0.82

LOS MONOS

1-2-WT-G-X-I-CT-PR

8158

ITU-X3 12.25 IMP

STC

XTG48CETPX

JS8913

3115

3164

49

26.1

1.88

LOS MONOS

7-7-RO-M-X-I-JD-PR

4093

ITU-X3 12.25 IMP

STC

445GFPTX

103702

3164

3239

75

42

1.79

LOS MONOS

4-3-WT-A-X-I-NO-PR

3105

ITU-X3 12.25 IMP

STC

XTG48CETPX

JS5939

3239

3310

71

35.2

2.02

LOS MONOS

0-1-WT-A-X-I-PN-FM

3096

ITU-X3 12.25 PDC

DDS

SPH-629

S2H0614 S322 3310

3371

61

38.3

1.59

LOS MONOS

1-1-WT-A-X-I-NO-PR

3697

ITU-X3 12.25 PDC

SEC

FM2743

10383111 M333 3371

3487

116

76.1

1.52

LOS MONOS

1-2-WT-S-X-I-CT-PR

2372

ITU-X3 12.25 PDC

SEC

FM2663

10413526 M323 3487

3749

262

113

2.31

LOS MONOS

0-1-WT-S-X-I-NO-PR

1343

ITU-X3 12.25 PDC

DDS

SPH-649

52MO688 S322 3749

4278

529

192

2.76

LOS MONOS

1-3-WT-S-X-I-CT-BHA

970

ITU-X3 12.25 PDC

DDS

SPH-829

52M0690 S422 4278

5402

1124

402

2.8

LOS MONOS

1-2-WT-A-X-I-NO-TD

915

SBL-7 12.25 PDC

HTC

OD-605X

7212583 M323 2514

3001

487

163

3

LOS MONOS

0-2-WT-A D- I-BT-BHA

961

SBL-7 12.25 PDC

HTC

HCM506ZX

7013959 M323 3001

3670

669

246

2.72

LOS MONOS

0-1-WT-G D- I-NO-PR

966

SBL-7 12.25 PDC

HTC

HCM-607ZX

7007823 M423 3670

4230

560

333

1.68

LOS MONOS-HMP

0-2-CT-S - I-PN-BHA

1478

SBL-7 12.25 PDC

HTC

DPD407HX

701693

SBL-X2 12.25 TCI

HTC

MX-S30GDX

DO5DM

SBL-X2 12.25 PDC

HTC

G447XL

SBL-X2 12.25 PDC

HTC

M333 4230

4320

90

49.7

1.81

HMP

0-1-WT-S E- I-NO-TD

2544

3792

3810

18

32.3

0.56

HUAMAMPAMPA

1-2-WT-A-F-F-F-I-FC-PR

7266

400897

M432 3835

3855

537

320

1.68

LOS MONOS-HMP

2-4-WT-A-X-X-X-I-CT-PR

1713

G447XL

G34DE

M432 3855

3870

15

24.5

0.61

HUAMAMPAMPA 4-6-WT-G/M-X-X-X-I-CT-PP 11664

517

SBL-X2 12.25 TCI

STC

26GFDPS

LW9316

527

3870

3901

31

45.4

0.68

HUAMAMPAMPA 2-1-TR-A-E-E-E-I-WT-CR

5087

SBL-X2 12.25 TCI

HTC

MX-DS40CGDX

S22DT

617

3910

3945

35

52.8

0.66

HUAMAMPAMPA

1-1-TR-A-E-E-E-I-WT-PR

4939

SBL-X2 12.25 TCI

HTC

MX-DS30GDX

D06DM

537

3945

4000

55

64.8

0.85

HUAMAMPAMPA

1-2-TR-G-E-E-E-I-WT-HR

3587

SBL-X2 12.25 TCI

HTC

MX-DS30GDX

D08DM

537

4000

4009

9

18

0.5

HUAMAMPAMPA

1-1-TR-M-E-E-E-I-WT-HR 11530

SBL-X2 12.25 IMP

NOV

442GDTX

HR0123 M823 4009

4193

184

171

1.08

HMP-ICLA

SBL-X3 12.25 PDC

STC

MA89BHPX

JR9093

M324 2203

2798

595

149

3.99 IQUIRI-LOS MONOS

SBL-X3 12.25 PDC

STC

M88BFHPX

JR6378A M323 2386

2824

438

166

2.64 IQUIRI-LOS MONOS 3-2-WT-S-X-X-X-1-CT-PR

1077

SBL-X3 12.25 PDC

NOV

DS103HGNS

H44862

M423 2824

3139

315

134

2.35 IQUIRI-LOS MONOS 1-1-WT-A-X-X-X-I-CT-PR

1232

SBL-X3 12.25 PDC

SEC

FM2745

7970157 M433 3139

3381

242

133

1.82

HUAMAMPAMPA

1601

SBL-X3 12.25 PDC

HTC

BD60ST

322561

3117

42

101

0.42

LOS MONOS

SBL-X3 12.25

MT

STC

FGSS+C

MG4602

117

2982

3037

91

115

0.79

LOS MONOS

1-1-WT-A-E-E-E-I-NO-BHA 3573

SBL-X3 12.25

MT

STC

MX1

S32DE

117

3037

3097

60

45

1.33

LOS MONOS

2-2-WT-A-E-E-E-1-NO-BHA 2301

SEC

FM2745

5012016 M433 3097

3350

253

149

1.7

HUAMAMPAMPA

SBL-X3 12.25 PDC

M432 3075

Avance total = 7086 Hrs total =

ROP prom = 2.02 Av. Prom=

126

7-4-WT-N-X-X-X-I-CR-PR LOST IN HOLE---------

2-5-WT-A-X-X-X-I-CT-PR

229

2890 736

1-2-WT-A-X-X-X-I-CT-BHA 8259

---------TD CPM Promedio =

3506

RUNS

$/m

1659 3586

1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 3 2 2 2 1 1 6 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 2 3 1 1

Anexo 12 - Corridas Sección 8 ½” Fm. Huamampampa del Campo ICS POZO

DIAM

TIPO MANF

TRÉPANO

SERIAL

IADC

Pulg.

PROF PROF AV IN OUT m m m

ICS-X1

8.5

TCI

HC

MX-CDS30DX3

6006125

ICS-X1

8.5

IMP

DDS

MSS22

S2K0675

ICS-X1

8.5

PDC NOV

RSX162DGW

206032

4812 4854

ICS-X1

8.5

PDC

HC

HCM 408

7300693

M433 4854 4981

ICS-X1

8.5

IMP

DDS

MSS22-SRS

NS00B00110

4981 5081

ICS-X1

8.5

PDC DDS

SPH-823

S3K0892

ICS-X1

8.5

PDC NOV

DS75H

H42649

ICS-X1 ST

8.5

TCI

MX-S20GDX

6026018

ICS-2

8.5

IMP SMITH

K503QBPX

ICS-2

8.5

IMP SMITH

ICS-2

8.5

MT

ICS-2

8.5

IMP SMITH

K503QBPX

JD9645

ICS-3

8.5

TCI VAREL

HE37MRSV

1218670

ICS-3

8.5

IMP VAREL

VI1613G

6014548

AQI-X1001

8.5

PDC NOV MSR616D- A3D

129965

HC

NOV

537

HRS ROP hrs

FORM

DULL GRADE

mph

CPM

4536 4593

57

59.75 0.95

HMP

2-3-PN-G-E-1-NO-HR

3106

4593 4812

219 105.5 2.08

HMP

1-3-WT-A-X-0-NO-PR

1541

42

20.75 2.02

HMP

1-3-WT-T-X-0-CT-DTF

3675

127 104.8 1.21

HMP

8-8-WT-A-X-2-RO-PR

2546

100 73.75 1.36

HMP

0-2-WT-S-X-1-PN-FM

2761

5081 5159

78

57.75 1.35

HMP

1-6-WT-S-X-1-BT-PR

2959

M433 5159 5186

27

8.25

3.27

HMP

-------LIH

4888

4919 4955

36

28

1.29

HMP

2-3-BT-G-E-0-WT-LOG

3234

JD9645

M842 4487 4555

68

22.5

3.02

HMP

2-2-WT-A-X-0-BT-BHA

2492

K503QBPX

JY8536

M842 4573 4984

411

140

2.94

HMP

2-2-WT-A-X-1-NO-LOG

1089

TC11CP

3149870

3

2.5

1.20

HMP

2-2-WT-A-E-1-NO-BHA

18965

215

83.5

2.57

HMP

2-2-WT-A-X-1-LT-HP

1380

4

2

2.00

HMP

1-1-WT-A-E-0-NO-BHA

15092

M843 4446 4558

112

37.5

2.99

HMP

-------

1781

MA22 4586 4694

108

86

2-6-WT-A-X-1-BT-TD

2625

517

117

4984 4987

M842 4987 5202 547

4442 4446

1.26 LOS MONOS-HMP

Avance total = 1607 Hrs total =

CPM Promedio = 832.5

ROP prom = 1.93 Av. Prom=

127

107

RUNS

$/m

4542

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1

Anexo 13 – Ficha técnica trépano híbrido VTDi613DGX

128

Anexo 14 - Ficha técnica trépano híbrido PDC – Impregnado VTDI713DG

129

Anexo 15 – Ficha técnica Trépano Hibrido FT716

130