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Universidad Tecnológica de Tabasco

NOMBRE DEL ALUMNO: PEDRO IVAN MENDOZA HERNANDEZ ALEXANDER SANCHEZ VAZQUEZ

MATERIA: TECNOLOGIA DE PERFORACIÓN

CUATRIMESTRE: 4

GRADO: C

DIVICION: QUIMICA

CARRERA: TSU FLUIDOS DE PERFORACIÓN

NOMBRE DEL CATEDRATICO: ELIZABETH DE LA CRUZ COLORADO

TRABAJO: INVESTIGACION DE LAS BARRENAS

INTRODUCCIÓN

Teniendo en cuenta que la tecnología en las operaciones de perforación de pozos exploratorios cada día es más avanzada, es obligación estar al tanto de estos avances. Todos los sistemas de perforación implementados en el mundo deben tener esa herramienta necesaria como lo es la barrena. Desde los comienzos de la historia de la perforación este elemento ha jugado un papel demasiado importante y sus avances en cuanto a diseño, materiales de construcción etc., no deben inquietar, por lo tanto debemos estar al tanto de todo esto. Es importante tener en cuenta que cada empresa tiene sus propias especificaciones y codificación para cada barrena, pero tienen un objetivo en común desarrollar una tecnología que nos permita avanzar en la perforación al menor costo posible y con las mejores condiciones de seguridad. La barrena es muy importante en los momentos de la perforación ya que por medio de esta nos permite ir abriendo paso a dicha perforación por eso es necesario conocer sus antecedentes sus materiales con los que trabaja, entre otros aspectos importantes. La asociación internacional de contratistas de perforación (IADC) ha desarrollado un sistema estandarizado para clasifica las barrenas de perforación. Este sistema se creó principalmente para unificar la nomenclatura de todos los fabricantes y de esta madera evitar entre los tipos de barrenas equivalentes en relación con sus distintos fabricantes. Así la IADC creo el sistema código IADC, de clasificación de tres o cuatro dígitos según se requiera especificar.

ANTECEDENTES DE LA BARRENA La primera patente correspondiente a la barrena rotativa para formaciones duras, registrada en el año 1909, marcó el nacimiento de la industria moderna de las barrenas de perforación. En esa época, las barrenas eran diseñadas con dos conos de dientes fresados interbloqueos, y la perforación de unos pocos metros se consideraba una buena carrera. Recién en la década de 1950, los ingenieros diseñaron las barrenas tricónicas que se asemejan más a las utilizadas actualmente. Hoy, las demandas que se imponen sobre las barrenas de perforación son más exigentes. Mientras que las barrenas de cortadores fijos y las barrenas de conos giratorios fueron diseñadas originalmente para ser corridas hasta su destrucción, ahora se espera no sólo que excedan las expectativas en materia de rendimiento de perforación sino que además terminen la carrera, intactas. La barrena de perforación moderna debe tener la capacidad para perforar rápidamente, proveer buena orientabilidad para el control direccional, y durar un tiempo prolongado en el fondo del pozo aun en los ambientes más extremos. Si bien los costos de las barrenas representan habitualmente menos del 1% del costo total de la construcción de un pozo, la barrena correcta puede mejorar inmensamente el rendimiento de perforación y, en consecuencia, generar un ahorro de varios millones de dólares para el operador. De hecho, la introducción de las barrenas de un compuesto policristalino de diamante (PDC) a comienzos de la década de 1970, junto con las mejoras permanentes de los componentes de las barrenas de conos giratorios, desempeñó un rol muy importante en la reducción de los costos totales de los pozos para nuestros clientes. Además, estos mejoramientos proporcionan a los ingenieros de nuestros días la capacidad para planificar pozos con trayectorias complejas, que son críticos para la rentabilidad de las compañías petroleras en yacimientos cada vez más complejos. A primera vista, puede ser difícil percibir las diferencias existentes entre una barrena de perforación de alta calidad y otra que perforaría con la mitad de la velocidad de penetración o que carecería de la orientabilidad. En efecto, sin un conocimiento considerable de las complejidades del diseño y la ingeniería de los materiales involucrados, es difícil apreciar el volumen de tecnología incorporada en las barrenas de perforación modernas o el enfoque científico aplicado a los métodos actuales de diseño y selección de las barrenas. Hoy en día, las mejoras significativas registradas en materia de ingeniería de materiales, software de diseño, y procesos de manufactura, proporcionan barrenas de perforación que son diseñadas a medida para cada aplicación. Estos diseños se validan rápidamente en el mundo virtual del modelado por computadora, y en una cuestión de días se envían al área de producción. Esto contrasta de manera rotunda con el enfoque de tipo prueba y error utilizado por los primeros fabricantes

de barrenas. Esta nueva metodología permite que se proporcione la solución correcta con la primera iteración del diseño, lo que posibilita que nuestros clientes obtengan ahorros en forma inmediata en lugar de hacerlo luego de costosas y prolongadas pruebas de campo. Como individuo que ha estado involucrado en la industria de las barrenas de perforación durante 15 años, me complace que esta edición de Oilfield Review presente un artículo que explique algunas de las tecnologías de barrenas de perforación utilizadas actualmente por la industria.

Primeras barrenas de perforación.

¿QUÉ ES UNA BARRENA? 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. COMPONENTES DE UNA BARRENA EL CUERPO DE UNA BARRENA TRICÓNICA, CONSISTE EN: 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 Cortadores (dientes o insertos).g) Hombro de la barrena.

f)

EL CUERPO DE UNA BARRENA PDC, CONSISTE EN: A) Una conexión roscada (piñón) que une la barrena con una doble caja del mismo diámetro de 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.

CONOCIMIENTOS GENERALES DE BARRENAS En la actualidad existen varios tipos de barrenas para la perforación de pozos petroleros que difiere entre sí, ya sea en su estructura de corte o por su sistema de rodamiento, por ejemplo, cuando son de tres conos o por los materiales usados en su construcción. De acuerdo con lo anterior, las barrenas se clasifican en: • Barrenas tricónicas. • Barrena de cortadores fijos. • Barrenas especiales.

CONOCIMIENTOS GENERALES DE BARRENAS En la actualidad existen varios tipos de barrenas para la perforación de pozos petroleros que difieren entre sí, ya sea en su estructura de corte o por su sistema de rodamiento, por ejemplo, cuando son de tres conos o por los materiales usados en su construcción. De acuerdo con lo anterior, las barrenas se clasifican en: • Barrenas tricónicas. • Barrena de cortadores fijos. • Barrenas especiales.

BARRENAS TRICÓNICAS Las barrenas tricónicas tienen 3 conos cortadores que giran sobre su eje. Por su estructura de corte se fabrican de dientes y de inserto de carburo de tungsteno Tricónica de dientes. Tricónica de inserto de carburo. Por su sistema de rodamiento pueden ser de balero estándar de balero sellado y de chumaceras.

Actualmente las barrenas tricónicas sólo son usadas en las primeras etapas de la perforación. APRIETE RECOMENDADO PARA EL PIÑON DE LAS BARRENAS 1.- El apriete recomendado para las barrenas requieren menos fuerzas de torsión que para loslastrabarrenas.2.- Para el apriete con llaves BJ dividir el rengo de apriete, recomendado entre la longitud de la llave en pies, y el resultado será la calibración que se le debe dar al amperímetro.3.- Para convertir la lectura del amperímetro a lbs-pie, multiplicarse por 16.8 y viceversa.

TORQUE RECOMENDADO BARRENAS Y MOLINOS.

Actualmente las barrenas tricónicas sólo son usadas en las primeras etapas de la perforación. APRIETE RECOMENDADO PARA EL PIÑON DE LAS BARRENAS 1.- El apriete recomendado para las barrenas requieren menos fuerzas de torsión que para loslastrabarrenas.2.- Para el apriete con llaves BJ dividir el rengo de apriete, recomendado entre la longitud de la llave en pies, y el resultado será la calibración que se le debe dar al amperímetro.3.- Para convertir la lectura del amperímetro a lbs-pie, multiplicarse por 16.8 y viceversa. TORQUE RECOMENDADO BARRENAS Y MOLINOS.

BARRENAS DE CORTADORES FIJOS Las barrenas de cortadores fijos son cuerpos compactos, sin partes móviles, con diamantes naturales o sintéticos incrustados parcialmente en su superficie inferior y lateral que trituran la formación por fricción o arrastre. Se dividen en: • Barrenas de diamante natural • Barrenas de diamante Térmicamente estable (TSP) • Barrenas compactas de diamante policristalino (PDC) BARRENAS DE CORTADORES FIJOS Las barrenas de cortadores fijos son cuerpos compactos, sin partes móviles, con diamantes naturales o sintéticos incrustados parcialmente en su superficie inferior y lateral que trituran la formación por fricción o arrastre. Se dividen en: • Barrenas de diamante natural • Barrenas de diamante Térmicamente estable (TSP) • Barrenas compactas de diamante policristalino (PDC)

BARRENAS DE DIAMANTE NATURAL Las barrenas de diamante natural tienen un cuerpo fijo cuyo material puede ser de matriz o de acero. Su tipo de corte es de diamante natural (el diamante es el material más duro hasta ahora conocido) incrustado en el cuerpo de la barrena. El

uso de estas barrenas es limitado en la actualidad, salvo en casos especiales para perforar formaciones muy duras y abrasivas. BARRENAS DE DIAMANTE TÉRMICAMENTEESTABLE (TSP) Las barrenas térmicamente estable (TSP). Son usadas para perforar rocas duras, por ejemplo calizadura, basalto y arenas finas duras, entre otras. BARRENAS DE COMPACTO DE DIAMANTEPOLICRISTALINO (PDC) Las barrenas PDC pertenecen al conjunto de barrenas de diamante con cuerpo sólido y cortadores fijos. Su diseño de cortadores está hecho con diamante sintético en forma de pastillas (compacto de diamante), montadas en el cuerpo de los cortadores de la barrena, pero a diferencia de las barrenas de diamante natural y las STP, su diseño hidráulico se realiza con sistema de toberas para lodo, al igual que las barrenas tricónicas. Este tipo de barrenas es la más utilizada en la actualidad para la perforación de pozos petroleros.

CÓDIGO IADC

La IADC desarrollo un sistema de codificación para la identificación de barrenas de cortadores fijos que incluye a todos los tipos de cortadores fijos. Este código consiste de cuatro caracteres una letra y tres números. En el código estándar IADC, el primer carácter es una letra se usa para distinguir el tipo de material usado en el cuerpo de la broca.

M - Matriz

S – Acero

D - Diamante

El segundo carácter indica el tipo de formación para la cual la broca es más apta. El tercer carácter muestra la estructura de corte de la broca. Las equivalencias para el segundo y tercer carácter se muestran en la tabla.

Código IADC para el tipo de formación y la estructura de corteen una broca PDC.

1

Muy suave

2

Suave

3

Suave media

4

Media

5

No código

2 3 4 2 3 4

PDC 19mm PDC 13mm PDC 8mm PDC 19mm PDC 13mm PDC 8mm

2 3 4 2 3 4

PDC 19mm PDC 13mm PDC 8mm PDC 8mm PDC 13mm PDC 19mm

6

Media dura

7

Dura

8

Extremadamente dura

1 2 3 1 2 3 1 2 3

Diamante Natural TSP

Diamante

Código IADC para el perfil de una broca PDC 1 2 3 4

corta Perfil corto Perfil medio Perfil largo

Ejemplos de código IADC para brocas PDC Una broca de cortadores fijos PDC, con cuerpo de matriz diseñada para formaciones de dureza media tiene un código IADC

M – Cuerpo de matriz

4 – el tipo de formación es media

2 – la estructura es PDC de 19mm

4 – el perfil de la broca es largo

Una broca de cortadores fijos PDC de cuerpon de acero diseñada para formaciones de dureza media tiene un código IADC S-132 S – Cuerpo de acero

1 – el tipo de formación es muy suave

3 – la estructura de corte es PDC de 13mm

2 – el perfil de la broca es pequeño

CÓDIGO IADC: La asociación internacional de contratista de perforación (IADC) ha desarrollado un sistema estandarizado para clasificar las barrenas triconicas de rodillos (para roca).Se clasifican de acuerdo con el tipo (de dientes de acero o de insertos), la clase de formación para la cual fueron diseñadas (en términos de serie y tipo), las características mecánicas, y en función del fabricante. El sistema de clasificación permite hacer comparaciones entre los tipos de barrena que ofrecen los fabricantes. Para evitar confusión entre los tipos de barrenas equivalentes en relación con sus distintos fabricantes la IADC creo el sistema (código IADC), de clasificación de tres dígitos, como se relaciona a continuación. El primer digito, identifica el tipo de estructura de corte con respecto al tipo de formación, como se relaciona a continuación:

1.-Dientes fresados para formación blanda. 2.-Dientes fresados para formación media. 3.-Dientes fresados para formación dura. 4.-Dientes de inserto de tungsteno para formación muy blanda. 5.-Dientes de inserto de tungsteno para formación blanda. 6.-Dientes de inserto de tungsteno para formación media.

7.-Dientes de inserto de tungsteno para formación dura. 8.-Dientes de insertos de tungsteno para formación extra dura. El segundo digito, identifica el grado de dureza de la formación en la cual se usara la barrena. Varía de suave a dura, como se relaciona a respecto al tipo de formación, como se relaciona a continuación.   

Para formación suave. Para formación media suave Para formación dura El tercer digito. Identifica el sistema de rodamiento y lubricación de la barrena en ocho clasificaciones, como se indica a continuación: 1.-Con toberas para lodo y balero estándar. 2.-De toberas para aire y/o lodo con dientes diseño en T y balero estándar. 3.-Balero estándar con protección en el calibre. 4.-Balero sellado y protección auto lubricante. 5.- Balero sellado y protección al calibre. 6.-Chamusera sellada. 7.-Chamusera sellada. 8.-Para perforación direccional.

CONCLUSIONES

Las barrenas juegan un papel muy importante en la perforación ya que es muy importante tener conocimientos de ellas porque así nos ayuda a identificar el tipo

de barrena que utilizaremos y de igual madera para saber de qué forma utilizarla, y que tan eficaz será en el momento de perforar por eso también existe un código el cual nos ayuda a lograr identificar estos aspectos. (Alexander Sánchez Vázquez)

Las barrenas de perforación son una herramienta muy importante ya que es la cual va penetrando por las distintas etapas de geológicas del suelo. las barrenas de perforación son más exigentes. Mientras que las barrenas de cortadores fijos y las barrenas de conos giratorios fueron diseñadas originalmente para ser corridas hasta su destrucción, ahora se espera no sólo que excedan las expectativas en materia de rendimiento de perforación sino que además terminen la carrera, intactas

BIBLIOGRAFÍAS

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Facultad de geología y perforación, recuperado el 11 de julio del 2015 .www.geologia.com

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