3 JUSTIFICACION

El trabajo de investigación se llevó a cabo con el fin de alcanzar un conocimiento

solido respecto al funcionamiento, partes, rendimiento y problemáticas de los

triconos con una operación especial.

4 MARCO TEORICO

Previamente a conceptualizar los tipos de barrenas especiales vamos a indicar

algunos conceptos base para un mejor entendimiento de la presente investigación:

4.1 BARRENA

Es una herramienta de corte ubicada en el extremo

inferior de la sarta de perforación utilizada para cortar o

triturar la formación durante el proceso de la perforación

rotatoria.

Su función principal es de remover la roca mediante el

vencimiento de su fuerza de corte, o bien removerla

mediante el vencimiento de su esfuerzo de compresión.

El trépano es y ha sido permanentemente modificado a

lo largo del tiempo a fin de obtener la geometría y el

material adecuados para vencer a las distintas y

complejas formaciones del terreno que se interponen

entre la superficie y los hidrocarburos (arenas, arcillas, yesos, calizas, basaltos),

las que van aumentando en consistencia en relación directa con la profundidad en

que se las encuentra. 

Para la selección de la misma debemos tomar en cuenta los siguientes puntos:

- Evaluación de desgaste de barrenas empleadas previamente.

- Evaluación de rendimiento de pozos vecinos.

- Registros geofísicos de pozos vecinos y del mismo pozo.

- Datos sísmicos del área.

- Catálogos de barrenas.

- Tablas comparativas de las barrenas.

- Clasificación de las barrenas.

FABRICACION Y TIPOS DE TREPANOS

- Los trépanos más utilizados son los trépanos triconos , que pueden tener

dientes de acero o insertos de carburo de tungsteno para mayor duración

en formaciones de rocas duras. Poseen tres conos giratorios montados

sobre rodillos con o sin retenes. Un diseño posterior de trépanos son los del

tipo PDC (Polycristalline Diamond Compact) con insertos de diamante

compacto poli cristalino fabricados de manera industrial con forma de

pastillas de color gris oscuro, estos trépanos no poseen partes móviles y

tienen mayor vida útil.

- Otro tipo de trepano es el trépano de escalones (Step bit) que solo se utiliza

en formaciones no consolidadas, areniscas y arcillas. Posee la

característica de cortar sin moler lo que es ventajoso para el análisis de los

fragmentos en superficie. Además de los trépanos mencionados que se

accionan mediante peso y giro, existen otros trépanos que actúan mediante

golpes aunque esos se han dejado de utilizar por su baja efectividad.

- El trépano es y ha sido permanentemente modificado a lo largo del tiempo a

fin de obtener la geometría y el material adecuados para vencer a las

distintas y complejas formaciones del terreno que se interponen entre

la superficie y los hidrocarburos (arenas, arcillas, yesos, calizas, basaltos),

las que van aumentando en consistencia en relación directa con la

profundidad en que se las encuentra. 

Trépano tricono típico Tricono para rocas duras

La broca o Trepano es el elemento cortador en la perforación de pozos. La

mayoría de las brocas tricónicas consisten de tres conos que giran sobre

cojinetes para hacer uso de todos los elementos cortadores.

- Hay así trépanos de 1, 2 y hasta 3 conos montados sobre rodillos

o bujes de compuestos especiales; estos conos, ubicados originariamente

de manera concéntrica, son fabricados en aceros de alta dureza, con

dientes tallados en su superficie o con insertos de carburo de tungsteno u

otras aleaciones duras: su geometría responde a la naturaleza del terreno a

atravesar.

El trépano cuenta con uno o varios pasajes de fluido, que orientados y a

través de orificios (jets) permiten la circulación del fluido. El rango de

diámetros de trépano es muy amplio, pero pueden indicarse como más

comunes los de 12 ¼ y de 8 ½ pulgadas.

- Además en la siguiente grafica se especifican muy bien las diferente partes

del trepano.

- Es muy importante anotar que la correcta selección del diámetro de las

boquillas o jets juega un papel muy importante en la perforación, pues esto

no genera una energía adicional al realizar la operación.

- Teniendo en cuenta que no todas las formaciones a perforar tienen la

misma litología y características de compactación, dureza, etc. se diseñaron

las brocas con insertos de carburo de tungsteno, como ya sabemos este

material es más resistente a la abrasión y desgaste que pueden generar

dichas formaciones.

4.2 COJINETES:

También llamados rodamientos, permiten a los conos rotar alrededor del cuerpo

de la barrena. Los cojinetes para barrenas de primera calidad son sellados y

lubricados, con el fin de asegurar una vida mas larga en el difícil ambiente del

fondo del agujero. Existen cojinetes de fricción los cuales no contienen rodillos

solamente un muñón solido incluido en la superficie del cono o un buje, el cual

cabe entre el cono y la muñequera.

4.3 BARRENAS ESPECIALES:

Vienen a ser los trépanos que llegan a tener un funcionamiento específico por el

requerimiento del personal de perforación estas pueden ser:

- Barrenas desviadoras.

También llamadas “barrenas de chorro desviadoras” a veces se emplean par la

perforación direccional de formaciones blandas durante operaciones de

desviación del agujero. La tubería de perforación y la barrena especial son

bajadas dentro del agujero; y el chorro grande es apuntado de modo que,

cuando se aplica presión de las bombas, el chorro deslava el lado del agujero

en una dirección específica. Una barrena considerada para trabajar en

condiciones especiales es la barrena para perforar con aire.

Las barrenas de chorro de aire están diseñadas para la perforación con aire, gas

o neblina, como medio de circulación. Estas barrenas están provistas de

conductos para circular parte del aire, gas o neblina a través de los cojinetes no-

sellados, con fin de enfriarlos y mantenerlos limpios. Los filtros de tela metálica

colocados sobre la abertura de la entrada de aire evitan que los ripios u otras

materias extrañas obstruyan a los cojinetes.

- Brocas compactas (pdc)

Otro tipo de barrenas llamadas de diamante, porque su elemento cortante lo

forman diamantes industriales incrustados en el cuerpo de la barrena. El diseño

del cuerpo de la barrena así como la disposición y configuración de las hileras de

diamantes ofrecen una gran variedad de alternativas para perforar las diferentes

clases de rocas.

Durante los últimos años se viene experimentando y acumulando experiencia con

la perforación con aire en vez de lodo. Esta nueva modalidad ha introducido

cambios en el tipo de barrena requerida.La variedad de tipos de barrenas

disponibles demuestra el interés que los fabricantes mantienen para que el diseño,

la confección y utilización de barrenas de perforación representen la más

acendrada tecnología.

Entre la muchas clasificaciones que se han dado a este tipo de brocas en este

documento a vamos a tomar la dada por la Baker Hughes.

- Diamante natural

Estas brocas son utilizadas en formaciones duras y abrasivas.

Presentan una variedad de estilos para perforación rotatoria y con

motor de fondo. Están diseñadas en varios tamaños, grados y

concentraciones de diamante natural, dependiendo del uso específico

que se le vaya a dar.

- Estructura de Cuchillas con dientes Fresados

La estructura de diente fresado se crea al mecanizar metal fuera de un cono sin

punzar. Se cubren los dientes de acero con un revestimiento duro de carburo de

tungsteno para disminuir su desgaste.

- Trépano TCI (De Pastillas)

Los trépanos TCI usan insertos de Carburo de Tungsteno para destruir la roca.

Estos son muy duros pero tienen una menor resistencia al impacto que los dientes

de acero. No se deben usar trépanos de TCI si hay chatarra en el hoyo, incluso si

son pequeños pedazos. También el funcionamiento de los insertos puede

afectarse por observaciones de calor, en donde hay ciclos de calor y de

enfriamiento que pueden causar que se resquebrajen los insertos y que éstos no

funcionen correctamente cuando hay cargas de perforación.

Como se puede observar, hay trépanos TCI de uno, dos o tres conos. El trépano

de un cono fue diseñado para hoyos de pequeños diámetros en donde un trépano

de 3 conos tradicional requeriría cojinetes muy pequeños que se desgastaría

rápidamente e incluso provocarían la pérdida de conos dentro del hoyo. Al tener

un cono se puede contar con un cojinete mucho más grande para el tamaño del

hoyo. Habrá muchos raspados y triturados en el fondo por lo que este trépano es

recomendado para formaciones que van desde suaves hasta una dureza

intermedia. También se puede ver la longitud de los dientes. Se diseñó el trépano

de dos conos para aplicaciones

direccionales en donde es más fácil dirigir el trépano a los sitios requeridos.

- Trépanos poli cristalinos compactos de brillantes PDC

La mayor cantidad de cuchillas

permite que se monten más

cortadores, pero disminuyen el

área para el flujo de lodo y para

quitar escombros.

Cuando se espera que la

perforación sea rápida,

probablemente se seleccione una menor cantidad de cuchillas.

- Trépanos poli cristalinos compactos de brillantes (PDC) - Geometría

de las cuchillas

Las cuchillas podrán ser rectas o

curvas. No son mejores ni las curvas ni

las rectas, por lo que se deberá analizar

el tema con los fabricantes con respecto

a las formaciones que se piensa

perforar.

- Trépanos poli cristalinos compactos de brillantes (PDC) – Perfil del

trépano

Se usan calados más cortos y

perfiles más planos para trabajo más

direccional, mientras que los calados

y los perfiles más largos se usarán

más bien cuando se desea perforar

hoyos rectos.

- Trépanos de brillantes naturales

1. Existen una variedad de perfiles. Se pueden usar los de cara plana y calado

corto para trabajo direccional mientras que los de perfiles largos y calados

alongados son para perforaciones rectas.

2. Tome en cuenta que estos trépanos no usan boquillas, más bien usan canales

en su cara para dirigir el fluido conocidos como para “flujos de agua”.

Ventajas:

Vida útil más larga en áreas demostradas

ROP más rápido en áreas probadas

No hay partes móviles (alto N)

Aplicaciones de diámetro pequeño

Desventajas:

Menor ROPs

Hidráulicas intensas

Caro, es difícil recuperar

- Trépanos policristalinos compactos de brillantes (PDC)

Están disponibles calados muy largos para

cuando se debe perforar lo más recto posible.

- Diseño de la Estructura para Cortar

Los trépanos de formaciones suaves tienen menos dientes largos mientras que los

de formaciones duras tienen más dientes cortos y planos.