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• Rafa Elizarraras

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Tipos de barrenas

INTRODUCCION • La selección de las barrenas de perforación es un aspecto crucial para la operación de todos los proyectos de perforación.

• Conocer

los diferentes tipos de barrenas y sus respectivas aplicaciones es un prerrequisito para hacer la selección de barrenas.

• La perforación de pozos involucra no solo la barrena correcta en la aplicación correcta, sino también operarla con los parámetros de operación correctos.

• Dado que la tecnología de barrenas sigue mejorando a un paso rápido, los

Supervisores de pozo deben estar actualizados acerca de los últimos avances para asegurar que hacen la selección optima de barrenas.

¿QUE ES? • Es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de perforación, utilizada para cortar o triturar la información durante el proceso de la perforación rotaría. Su función es perforar los estratos de la roca mediante el vencimiento de su esfuerzo de compresión y de la rotación de la barrena

LOS TIPOS Barrenas Tricónicas

Dientes fresados

Insertos de carburo de tungsteno

Cortadores fijos

PDC

Diamante natural

Diamante

TSP

Especiales Ampliadoras, bicéntricas, coronas, etc. Diamante impregnado

Ejemplos de Barrenas

Barrenas Triconicas El mecanismo principal de ataque de esta barrena (de dientes maquinados o insertos) es de trituración por impacto fallando la roca por compresión

Las barrenas tricónicas emplean dos tipos de estructura de corte: Dientes de Acero (ST): Se fabrican a partir de piezas forjadas de aleación de acero con níquel, molibdeno y cromo. Las barrenas con dientes de acero son las más económicas; cuando se usan apropiadamente pueden perforar por varias horas y se diseñan para trabajar en formaciones blandas, medias y duras.

Dientes con Insertos de Carburo de Tungsteno (TCI):

Teniendo en cuenta que no todas las formaciones a perforar tienen la misma litología y características de compactación, dureza, etc., se diseñaron las barrenas con insertos de carburo de tungsteno. En estas barrenas el fabricante introduce insertos duros de Carburo de Tungsteno aplicando presión en huecos perforados en el cono de la barrena. Su tiempo de vida útil es mayor debido a que el Carburo de Tungsteno es más resistente a la abrasión y desgaste que el acero. Este tipo de barrena perfora desde formaciones blandas, medianas, hasta muy duras.

BARRENAS TRICONICAS • a) Una conexión roscada (piñón) que une la barrena con una doble caja del mismo diámetro

• • • • • •

de los lastrabarrenas. b) Tres ejes (muñón) del cojinete en donde van montados los conos. c) Tres conos. d) Los depósitos que contienen el lubricante para los cojines. e) Los orificios (toberas) a través de los cuales el fluido de perforación fluye para limpiar del fondo el recorte que perfora la barrena. f) Cortadores (dientes o insertos). g) Hombro de la barrena.

Barrenas Tricónicas

Dientes Fresados o Maquinados

Insertos de Carburo de Tungsteno

La barrena tricónica es la de uso más extendido en todo el mundo, utilizándose casi exclusivamente en la perforación rotatoria para pozos de hidrocarburos. Para formaciones blandas, los conos pueden ir excéntricos, lo que produce mayor velocidad de perforación.

Para formaciones duras, los conos deben tener muy poca o ninguna excentricidad, tratando de tener siempre un movimiento circular en el fondo del pozo.

Con el desarrollo de dientes de carburo de tungsteno de mayor duración que los cojinetes de rodillos y balines lubricados, se desarrollaron los cojinetes de chumacera y un nuevo sello a todo el sistema. Las superficies donde el perno del cojinete de chumacera hace contacto con el interior del cono son carburizadas y luego boronizadas o tratadas especialmente para aumentar la resistencia al desgaste.

Las barrenas de conos perforan más lento que las barrenas PDC y tienen una vida más corta en términos de la longitud en pies. Sin embargo, en relación con la barrena en sí, su precio es menor. Las aplicaciones en donde se tiende a utilizar barrenas de conos antes que barrenas de cortadores fijos, incluyen: • Pozos Exploratorios • Intervalos Cortos • Situaciones de Alto Riesgo • Áreas de Perforación de Bajo Costo • Formaciones Extremadamente Duras

• Áreas Altas en Fallas con intercalaciones Duras

BARRENAS DE CORTADORES FIJOS

Carecen de partes móviles, pero esta característica es muy conveniente, sobre todo en formaciones duras. El cuerpo fijo de la barrena puede ser de acero o de carburo de tungsteno (matriz) o una combinación de ambos. Los elementos cortadores de estas barrenas son fabricadas con diamante natural o sintético, según el tipo y características de la misma. La dureza extrema y la alta conductividad térmica de este material lo hacen un elemento con alta resistencia para perforar en formaciones duras a semiduras y, en ocasiones, formaciones suaves.

BARRENAS DE CORTADOR FIJO PDC a) Una conexión roscada (piñón) que une la barrena con una doble caja del mismo diámetro de las lastrabarrenas. b) Numerosos elementos de corte policristalino (cortadores). c) Aletas (en algunos modelos). d) Los orificios (toberas) a través de los cuales el fluido de perforación fluye para limpiar del fondo el recorte que perfora la barrena. e) Hombro de la barrena.

Barrenas de diamante natural. Al igual que otras barrenas con otros tipos de diamante, tienen un cuerpo fijo cuyo material puede ser de matriz o de acero. El tipo de flujo es radial o de contramatriz. El uso de estas barrenas es limitado en la actualidad, salvo en casos especiales para perforar formaciones muy duras, así como cortar núcleos con coronas de diamante natural.

La barrena de diamantes rompe la formación comprimiéndola, cortándola o raspándola. El diamante actúa como una lija, desgastando la formación. Cabe mencionar que este tipo de barrenas son costosas, sin embargo, cuando se usan adecuadamente, pueden perforar por muchas horas sin fallar.

Barrenas de diamante térmicamente estable (TSP). Al igual que las de diamante natural, son de un solo cuerpo sin partes móviles. Se usan para perforar rocas duras: calizas, basaltos y areniscas finas, entre otras. Son un poco más usadas para perforación convencional que las barrenas de diamante natural, pero también presentan dificultades en su uso por las restricciones hidráulicas, es decir, las vías de circulación están prácticamente en contacto directo con la formación.

La estructura de corte es a base de diamantes sintéticos en forma de triángulos pequeños. La densidad, tamaño y tipos de los diamantes son características que determina cada fabricante. Estas barrenas también pueden cortar núcleos y desviar pozos cuando así se requiera.

Barrenas de diamante policristalino compacto (PDC). Son otra variante de las barrenas de cortadores fijos, los cuales son hechos de diamantes sintéticos. Los cortadores tienen forma de pastillas tipo moneda, pero a diferencia de los 2 tipos anteriormente revisados, permite el flujo de lodo mediante el sistema de toberas, tal como ocurre en las barrenas tricónicas.

El mecanismo de corte es por arrastre, favorecido por su diseño hidráulico y el de sus cortadores en forma de pastillas tipo moneda. Por sus buenos resultados en la perforación rotatoria, este tipo de barrena es la más usada en la actualidad para la perforación de pozos petroleros, presentando también muchas ventajas económicas por su versatilidad. Por su diseño y características, estas barrenas cuentan con una gran variedad de subtipos especiales según la formación a perforar (desde muy suaves hasta muy duras) y en diferentes diámetros según el diseño de los pozos.

Hidráulica de la Barrenas

La hidráulica de la barrenas comprende cuatro funciones básicas: la separación de los recortes desprendidos, la limpieza de los conos y los cortadores, el enfriamiento de la barrena y el transporte de los recortes hacia la superficie para evitar la pulverización de los mismos. Por lo tanto, la hidráulica de la barrena influencia en forma importante el rendimiento de los conos giratorios y las velocidades de penetración óptimas.

Código IADC para Barrenas Tricónicas

1

DIENTES DE ACERO

2

3

Primer dígito

Segundo dígito

Sistema de corte

Dureza de la formación

Dientes de acero para formación media

1 2 3 4 1 2 3 4

Dientes de acero para formación dura

1 2 3 4

Dientes de acero para formación blanda

Tercer dígito Sistema de rodamiento

Suave Media suave Media dura Dura Suave Media suave Media dura

1

Toberas para lodo y baleros estándar

2

Toberas aire/lodo y balero estándar

3

Protección al calibre y balero estándar

4

Balero sellado autolubricante

5

Protección al calibre y balero sellado

Dura Suave Media suave Media dura Dura

6

Chumacera sellada

7

Chumacera sellada y protección al calibre

8

Para perforación direccional

9

Otros

Código IADC para Barrenas Tricónicas

INSERTOS DE CARBURO DE TUNGSTENO

Primer dígito

Segundo dígito

Sistema de corte

Dureza de la formación

4

Insertos para formación muy blanda

5

Insertos para formación blanda

6

7

8

Insertos para formación media Insertos para formación dura

Insertos para formación extra dura

1 2 3 4 1 2 3 4 1

1 2 3 4 1 2 3 4

Suave Media suave Media dura Dura Suave Media suave Media dura Dura Suave

Suave Media suave Media dura Dura Suave Media suave Media dura Dura

Tercer dígito Sistema de rodamiento

1

Toberas para lodo y baleros estándar

2

Toberas aire/lodo y balero estándar

3

Protección al calibre y balero estándar

4

Balero sellado autolubricante

5

Protección al calibre y balero sellado

6

Chumacera sellada

7

Chumacera sellada y protección al calibre

8

Para perforación direccional

9

Otros

Código IADC para Barrenas de Cortadores Fijos Primer caracter

Tipo de cortador

Material del cuerpo

Tercer caracter

Segundo caracter

Tamaño y densidad de los cortadores

Diseño hidráulico

Perfil del cuerpo Altura del flanco

Cuarto caracter

Distribución Tipo de orificio de Orificio Salida Alta Media Baja cortadores Toberas fijo abierta

Densidad

Altura del cono

Tamaño

Alta Media Baja

D

Diamante natural

Matriz

Alto

1

2

3

En aletas

1

2

3

Grande

1

2

3

M

PDC

Matriz

Mediano

4

5

6

En costillas

4

5

6

Mediano

4

5

6

S

PDC

Acero

Bajo

7

8

9

No agrupadas

7

8

9

Pequeño

7

8

9

T

TSP

Matriz

O = De doble centro asimétrico

R = Flujo radial X = Flujo cruzado O = Otro

O = Impregnada

BARRENAS ESPECIALES Las barrenas especiales pueden ser de dos tipos: ampliadoras o bicéntricas y se utilizan para operaciones tales como: la ampliación del diámetro del pozo, ya sea desde la boca del pozo(superficial) o desde una profundidad determinada