viernes, 31 de octubre de 2014

Evaluación del desgaste de barrenas - II

La segunda columna para las barrenas de diamante comprende el tercio restante y para las barrenas tricónicas la hilera de dientes exteriores, si los desgastes de una barrena de diamante son 2, 1 y 3 entonces el desgaste de la hilera exterior es:
En las barrenas de dientes la experiencia de campo es fundamental para evaluar su desgaste, ya que al analizar la barrena se definirá el desgaste tanto de las hileras interiores como exteriores. La tercera y séptima columnas sirven para anotar las características de desgaste de la barrena, o sea, los cambios físicos más notorios desde su condición de nueva, como pueden ser: tobera perdida, cono roto, embolamiento, interferencia de conos. 
La cuarta columna se refiere a la ubicación. Se utiliza para indicar la localización de la característica de desgaste primaria anotada en la tercer columna. La columna número cinco (B), se refiere a los sellos del cojinete, cuando se trata de barrenas de cortadores fijos se marca siempre con una X, puesto que las únicas barrenas que tienen cojinetes son las de rodillos.
La columna número seis (G) se refiere al calibre. Se utiliza para registrar la condición del calibre de la barrena. Se registra "I" si la barrena permanece calibrada, de lo contrario, se registra lo descalibrado que está la barrena utilizando una medida lo más cercana posible a 1/16 pg.
La última columna del sistema de evaluación de desgaste de la IADC se utiliza para registrar la razón de salida de la barrena. Los puntos anteriores para su mejor comprensión se ¡lustran en la figura 37. Otro punto fundamental y casi no usado es el análisis de los récords de barrenas. Ahí, además de anotar datos como la profundidad inicio y término de perforar, las condiciones de operación, el tipo, las toberas utilizadas, el tiempo de perforación, etc., se incluyen las observaciones, en las donde se pueden explicar las condiciones en las que fue operada la barrena, que en muchos casos son especiales, tales como: 
Inicio de desviación. 
Mantener, incrementar o reducir ángulo. 
Velocidad de perforación controlada por pérdida de circulación, cambio de formación, etc. 
Utilización de motores de fondo, turbinas y/o sartas navegables. 
Utilización de martillo en casos de atrapamiento. 
Perforar con pérdida total de circulación. 
Perforar con presencia de gases amargos como ácido sulfhídrico y bióxido de carbono. 
Perforar con condiciones no óptimas de cualquier tipo por incapacidad del equipo de perforación, como el gasto, las revoluciones por minuto, etcetera. 
Con las observaciones mencionadas anteriormente, se tendrá un mejor criterio para evaluar el des- gaste y no se sacrificará el uso de un tipo de barrena que ha sido seleccionado correctamente. Esto podría suceder en el caso de una barrena de conos que se ha utilizado para iniciar a desviar, y al evaluarla tenga un excesivo desgaste en los baleros y los metros perforados sean pocos. A simple inspección se supondría que tuvo un bajo rendimiento, pero la realidad es que se utilizó con operaciones drásticas con un fin especifico. En el mismo caso podría estar una barrena de diamante; por esta razón se recomienda llevar los récords de las barrenas que se van a evaluar.

jueves, 30 de octubre de 2014

Evaluación del desgaste de barrenas - I

Sistema IADC de clasificación de desgaste El análisis y evaluación de cada barrena gastada puede ser de mucha utilidad para decidir el tipo de barrena que se va a utilizar después y si, en su caso, la práctica de operación debe ser modificada. Quien aprenda a "leer" el desgaste de cada barrena y entienda bien que significa su aspecto, estará muy cerca de obtener el máximo rendimiento de cada una de ellas. La información que se obtiene al evaluar el desgaste de las barrenas puede ser muy significativa. Este valor fue reconocido por la Asociación Internacional de Contratistas de Perforación (IADC International Association of Drilling Contractors) hace algunos años, cuando se estableció un sistema mundial para la evaluación de desgaste de las barrenas de conos. Para las barrenas de cortadores fijos, este sistema de evaluación del desgaste no pudo ser aplicado y se tuvo que establecer un nuevo sistema. 
El sistema de evaluación de desgaste para cortadores fijos fue desarrollado por el Subcomité de Barrenas de Perforación de la IADC en 1987, y revisado en 1991. La tarea de evaluar y clasificar el desgaste de las barrenas representa un punto de gran importancia en aspectos clave para las operaciones de perforación: las revoluciones por minuto; la hidráulica y el peso sobre barrena que influyen en su rendimiento; para aprovechar al máximo su vida útil y así seleccionar mejor el tipo de barrena idóneo para la formación que se va a perforar. El sistema de evaluación de desgaste puede ser utilizado para todas las barrenas de conos, incluyendo a las de diamante natural (ND), de compactos de diamante policristalino (PDC), de diamante policristalino térmicamente estable (TSP), barrenas impregnadas, coronas y otras barrenas que no son de rodillo y que no utilizan el diamante como elemento cortador. 
La tabla de evaluación de desgaste adoptada por la IADC incluye todos los códigos necesarios para analizar el desgaste tanto de barrenas de conos como de barrenas de cortadores fijos. En este sistema, el desgaste se divide en ocho factores: las primeras cuatro columnas describen la estructura cortadora; las dos primeras columnas definen el grado de desgaste de los dientes, insertos o cortadores fijos de las hileras interiores y exteriores ya sea para barrenas de conos o de diamante, en escala de 0 a 8, con base en la cantidad del desgaste comparada con el tamaño original del diente o el cortador, los números aumentan con la cantidad de desgaste, el "cero" representa sin desgaste y el "ocho" indica desgaste total de los dientes o cortadores. 
La primera columna representa los cortadores situados dentro de los dos tercios del radio de la barrena para las de diamante, y para las barrenas de conos representa las hileras de dientes interiores. Al evaluar una barrena de diamante desgastada, se debe registrar el promedio de desgaste de los dos tercios del radio, que representa las hileras internas, suponiendo que tenga 6 cortadores con desgaste 8, 6, 7, 4, 2 y 3 respectivamente, el desgaste de la hilera interior será:

domingo, 26 de octubre de 2014

Factores que afectan el desgaste de las barrenas - II

Velocidad de Rotación 

La velocidad de rotación suele expresarse con el término "RPM", o sea Revoluciones Por Minuto. La alta velocidad de rotación, por sí sola, no limita el funcionamiento de las barrenas, principalmente a las de diamante, ya que por su diseño pueden ser usadas con motor de fondo o turbina. En cuanto a las barrenas de conos hay algunas especiales para altas velocidades de rotación; sin embargo, hay otros factores que imponen un valor práctico máximo de RPM en ciertas aplicaciones. Las causas de la limitación son la sarta de perforación y el mecanismo impulsor. Para evitar velocidades críticas debe usarse el sentido común: la velocidad de rotación más adecuada es aquella que produzca un máximo ritmo de penetración, pero sin causar problemas. Debe observarse que en formaciones blandas el aumento de la velocidad de rotación resulta en un aumento proporcional del ritmo de penetración. Es posible que en algunas formaciones más duras ocurra lo contrario debido a que los dientes o cortadores no pueden perforar la roca si se sobrepasa cierto límite de velocidad de rotación y se afecte así el desgaste de las barrenas. Un caso particular son las barrenas de conos diseñadas para ser usadas con motor de fondo o turbina. En estas condiciones la velocidad de rotación es alta (los motores de fondo, dependiendo de su diámetro, tipo, gasto, marca, etc., pueden dar una velocidad de rotación de 50 hasta 600 rpm, mientras que las turbinas pueden dar una velocidad de rotación mayor a 1000 rpm), y el diseño específico consiste en mejoras en el sistema de rodamiento e hidráulica; recubrimiento de carburo de tungsteno para proteger de la abrasión las piernas; y mantener el sello durante condiciones de carga extrema: sello y grasa para operar en condiciones de alta temperatura, permite operarlas con seguridad. 
Limpieza en el fondo del pozo La limpieza de fondo es también uno de los puntos que afectan el desgaste de las barrenas debido a que el fluido de perforación limpia el pozo al desalojar los recortes. De esta manera evita que la barrena se embole y se deban usar entonces otros parámetros de perforación. También enfría los dientes o cortadores para que permanezcan a menortemperatura; efectúa, además, el enfriamiento y lubricación de la barrena y evita el desgaste por exceso de temperatura. 
Geometría del agujero En función de la experiencia, en ciertas situaciones como la de empezar a desviar un pozo, es necesario utilizar condiciones de operación no tan recomendables como el peso sobre barrena, revoluciones por minuto, la utilización de sartas navegables para aumentar, disminuir o mantener ángulo. En estos casos el desgaste prematuro de la barrena es inevitable, por lo que la experiencia de campo es indispensable para detectar el desgaste que se está ocasionando. Manejo - Transporte Otro factor no menos importante de desgaste de las barrenas es su manejo y transporte. Sin importar el tipo de barrena, de conos o de diamante, debe tratarse bajo ciertos cuidados: se debe remover de su embalaje y colocarse sobre madera o alguna alfombra de caucho; nunca se debe rodar una barrena sobre la cubierta metálica del piso de perforación porque en el caso de las barrenas de diamante los cortadores son muy frágiles y pueden astillarse fácilmente. Si la barrena se deja caer por descuido y se rompen algunos dientes o cortadores, es posible que se acorte drásticamente su duración. En ese caso se deben anotar su número de serie, así como su tipo y su diámetro; revisarla en busca de daños que le pudieron haber ocurrido en tránsito y finalmente inspeccionar su interior para determinar si hay objetos extraños que puedan obstruir las toberas.

sábado, 25 de octubre de 2014

Factores que afectan el desgaste de las barrenas - I

Los factores que afectan el desgaste de las barrenas se pueden dividir en: geológicos, operativos, de manejo y de transporte. Los dos últimos parámetros pueden obviarse; pero el primero debe ser bien estudiado antes de definir el tipo de barrena que se va a utilizar. Esto permitirá minimizar el desgaste y determinar su rendimiento de operación sobre las formaciones que se van a perforar. Factores geológicos 
El factor más importante para la selección y operación de una barrena es el conocimiento de la geología del sitio que se va a perforar; es decir las propiedades físicas de la formación, entre las que se pueden mencionar: 
Abrasividad. La composición de materiales abrasivos en la constitución de la roca (pirita, pedernal, magnetita, etc) son la causa del desgaste prematuro en toda la estructura de una barrena; el calibre es el parámetro más afectado. Resistencia específica de la roca. Está relacionada con la litología y los eventos geológicos que se hayan experimentado. 
Existen rocas que fueron confinadas a gran profundidad y que posteriormente quedaron a profundidades someras debido a levantamientos tectónicos. Por esto son más compactas que a las de tipos similares pero que no han cambiado de profundidad. La resistencia específica de la roca también depende de la cementación de los granos, forma y tamaño. Una clasificación de dureza se presenta en la sección: Mecánica de rocas. 
Factores operativos Estos factores deben ser diseñados de acuerdo con la geología por atravesar y con la geometría del agujero. Pueden ser modificados en el campo en función del desempeño observado. A continuación se mencionan los principales factores operativos así como las consecuencias inherentes a una inadecuada selección: 
Peso sobre barrena A medida que la barrena perfora, los dientes o cortadores se desgastan, por lo que generalmente se le aplica cada vez más peso. Éste es recibido por los conos o por la cara de la barrena. Este aumento de peso puede hacerse hasta lograr un ritmo de penetración aceptable o hasta llegar al límite prescrito en las recomendaciones de operación de la barrena; en caso contrario la barrena, de conos o de diamante, tendrá un desgaste prematuro.

miércoles, 22 de octubre de 2014

Selección en función de la formación que se va a perforar

La primera y más importante tarea para seleccionar y utilizar una barrena en una aplicación específica es realizar la completa descripción de las formaciones que se han de perforar. El conocimiento de sus propiedades físicas puede demostrar algunos indicativos sobre el tipo de barrena que se debe seleccionar en intervalos determinados. Si la formación es muy elástica, tiende a deformarse cuando se comprime en lugar de fracturarse. Aunque la roca tenga resistencia a la compresión relativamente baja, es posible que la barrena no genere recortes fácilmente. En estas situaciones cuando se perfora con barrenas PDC se recomiendan cortadores grandes. 
Las barrenas PDC se desarrollaron primordialmente para perforar formaciones sedimentarias blandas a medianas que antes se perforaban con barrenas de dientes fresados y con barrenas con insertos de carburo de tungsteno. En estas formaciones blandas, las barrenas PDC han logrado ritmos de penetración hasta tres veces más altos que con barrenas de rodillos. El incremento de los ritmos de penetración se debe al mecanismo de corte por cizallamiento de las barrenas PDC, a su más larga duración efectiva, a la resistencia de los diamantes a la abrasión y al hecho de que las barrenas PDC carecen de piezas móviles que puedan fallar. 
La siguiente lista resume los principales tipos de formaciones, en orden decreciente de dificultad para perforarlas. Las formaciones que se consideran aptas para perforarse con barrenas PDC son las de tipos 1 a 7, si bien en ciertas aplicaciones se pueden usar para perforar areniscas blandas (tipo 8) y algunas evaporitas (tipos 9, 10 y 11). Las formaciones de tipo 12 o de números más altos aún no se pueden perforar con barrenas PDC.

Arcilla
Barro compacto (mudstone)
María
Evaporita
Yeso
Lutita
Limo
Arenisca
Anhidrita
Caliza
Dolomita
Conglomerado
Horsteno

Rocas volcánicas

Debe recordarse que dentro de cada grupo de formaciones hay "subgrupos", algunos de los cuales no se pueden perforar con barrenas PDC, al menos hasta ahora con la tecnología existente. La resistencia de la roca puede estar relacionada con la lito logia. Se debe tener cuidado de no equiparar el nombre de la formación con el tipo de roca, especialmente cuando se trata de lutitas. Algunas formaciones denominadas "lutitas" no coinciden con la definición. 
Ejemplos de esas anomalías son las lutitas Laffan de Dubai y las lutitas Wolfcamp de Texas, las cuales son rocas de carbonato. Para ejemplificar el uso de las propiedades de la roca en la selección de barrenas, refiera se a la sección de mecánica de rocas. En esa parte se detalla la metodología para la selección y se detalla una guía con base en la resistencia compresiva sin confinamiento (Figura 32).

domingo, 19 de octubre de 2014

Selección por medio de registros geofísicos

Los registros geofísicos de los pozos son una importante fuente de información sobre las características de las formaciones que se perforan en un pozo. Existe una gran variedad de registros, cada uno diseñado para medir diferentes propiedades de las rocas. Algunos de estos registros son utilizados cuando se evalúa principalmente una aplicación de barrena de diamante. Los registros necesarios son: neutrones, rayos gamma, sónico y densidad. A continuación se describe cada uno de ellos. 
Registro de neutrones Mide la capacidad de las formaciones para atenuar los flujos de neutrones. Puesto que la masa atómica está muy cercana al hidrógeno, los neutrones no pueden fluir fácilmente a través de formaciones que tengan alto contenido de hidrógeno, lo cual permite medir el hidrógeno de la formación. Esta medida se puede usar para computar la porosidad de la formación (Figura 33). 
Registro de rayos gamma Detecta el grado de radiación gamma natural que emiten las formaciones. Esto permite identificarlos intervalos de lutita que emiten altos niveles de radiación. El registro diferencia las lutitas de las areniscas y de los carbonatos y es lo bastante preciso para detectar lechos delgados de lutitas y arcillas (Figura 33) 
Registro sónico Depende de la propagación de las ondas acústicas a través de la formación. Las ondas las genera un transmisor situado en la herramienta. Receptores, también puestos en la herramienta, vigilan las ondas de retomo y calculan el tiempo de desplazamiento. Mientras más corto sea el intervalo entre la emisión y la recepción de las ondas, más densa es la formación (Figura 34). 
Registro de densidad Mide la densidad en masa de la formación. La herramienta de registro tiene una fuente de rayos gamma y algunos detectores. Formaciones de baja porosidad dispersan los rayos gamma y así pocas logran ser detectadas por la instrumentación de la herramienta. Las formaciones de alta porosidad tendrán menor efecto de dispersión que los rayos, y así logran que mayor cantidad llegue a ser detectada (Figura 33).
Análisis de resistencia a la compresión Es un método cualitativo, relativamente nuevo para calcular la dureza de la roca, muy útil para determinar cuándo se deben usar barrenas PDC. Antiguamente, el análisis de dureza de las rocas se basaba en el uso de registros de la velocidad de las ondas sonoras, obtenidos de registros sónicos, como medio para reemplazar la medición directa o el cálculo de la dureza. Recientemente se han desarrollado programas para obtener el valor correspondiente a la resistencia a la compresión de rocas no confinadas (a presión atmosférica), usando la información de la velocidad sónica para computar un valor correspondiente a la dureza de la roca no confinada. Aunque este enfoque es mejor que el del usar directamente las velocidades sónicas, el cálculo de la dureza de rocas no confinadas así obtenido es frecuentemente mucho más bajo que el de las rocas comprimidas (confinadas) que se perforan. La resistencia de la roca no confinada es su dureza a presión atmosférica. Algunas compañías de barrenas han desarrollado un programa de cómputo que ayuda a seleccionar barrenas PDC. Los datos de los registros se introducen en dichos programas en código ASCII; esta información es la base para calcular la resistencia a la compresión de la roca a condiciones de fondo. Estos programas definen con mayor precisión la dureza de la roca en lo referente a su dureza confinada, valor que se aproxima a la dureza de las formaciones en el fondo del pozo. Los programas utilizan los registros sónico y de rayos gamma, así como gran número de datos de ingreso de registros del lodo. Dentro de la escala de litologías, para la cual son válidos los programas, la dureza de las rocas se puede determinar con más precisión. El programa genera gráficos, en formato de registros, que muestran trazas de los datos originales de los registros del lodo, la litología interpretada por las computadoras, los valores calculados de la resistencia de la roca confinada y otros datos opcionales sobre las características mecánicas de la roca (figura 35). Con el fin de tener un panorama de cómo funcionan los programas de cómputo para obtener la resistencia de las rocas a partir de los registros antes mencionados, en la figura 36 se ¡lustra un diagrama de flujo.

sábado, 18 de octubre de 2014

Tipo de roca

Si se cuenta con datos precisos sobre las formaciones que deberán perforarse en el intervalo objetivo, se podrá seleccionar con más facilidad la estructura óptima de corte y la densidad que requiere la aplicación, ya sea barrena tricónica o de diamante. 
Litología. Por lo general, la información litológica es la primera que se necesita para determinar la mejor selección. Definidos los tipos de rocas se asocian más con la mecánica de corte de las barrenas de diamante. Sin embargo, para las aplicaciones de diamante quizás sean aún más importantes los tipos litológicos desfavorables, que seguramente provocarán fallas graves. El tipo de roca ayuda a determinar el tipo de corte necesario para vencer su resistencia: corte, surcado o molido. 
Características /ito/ógicas. Definen aún más los parámetros de selección para la barrena una vez que se eligió. Para las barrenas de diamante indican la densidad requerida para los cortadores, la configuración hidráulica y permiten estimar la duración de la barrena y su coeficiente de penetración: 
De transición. Indica cambios en la dureza de la formación del intervalo objetivo. Provocará cargas disparejas en el perfil de la barrena a través de la transición. Las vibraciones axiales, de torsión y laterales son, posiblemente, factores en este medio ambiente. La calidad y la densidad específicas de los cortadores constituirán el criterio de selección. 
Homogeneidad. Indica la consistencia de la formación. Existe másflexibilidad de selección con respecto a características agresivas de la barrena, como menor densidad de los cortadores. Para las barrenas tricónicas sólo basta escogerlas de acuerdo con la dureza de la roca. Interestratificación. Esta característica se relaciona con las formaciones de transición e indica cambios en la litología del intervalo en estudio. Se deberá considerar la selección de tipos específicos de cortadores o dientes, así como su calidad y densidad. 
Fracturados o nodulares. A este indicador se le debe prestar mucha atención. Es una situación de alto impacto para la cual, por lo general, no se recomiendan las barrenas de diamante. Sin embargo, determinadas estructuras de corte, como las barrenas de diamante natural con fijaciones dorsales y las barrenas impregnadas pueden perforar eficazmente en estas aplicaciones. 
Tendencias de desviación. Normalmente esto se relaciona con formaciones de buzamiento y perforación de transición. El tipo de calibre es el criterio de selección fundamental para estas aplicaciones. 
Vibración. La vibración en el proceso de perforación ha demostrado tener una función fundamental en el rendimiento y la duración de las barrenas de perforación. En realidad, el control de las vibraciones forma, en la actualidad, parte integral de la tecnología y el diseño de las barrenas. Existen parámetros de selección de barrenas que se refieren especialmente al control de la vibración. La selección del calibre también desempeña una función importante para determinar el nivel de control de la vibración de acuerdo con el diseño de barrena ya sea tricónica o de diamante.

viernes, 17 de octubre de 2014

SELECCIÓN DE BARRENAS - IV

Atributos del medio ambiente Para lograr una solución total de barrenas para el pozo que se va a perforar es necesario analizarlo por secciones que se puedan manejar. El más evidente es, por supuesto, el diámetro del pozo. Luego se podrá subdividir cada sección del pozo en intervalos con atributos comunes respecto a su medio ambiente. El rendimiento económico es una función del costo operativo, el costo de las barrenas, el coeficiente de penetración y el intervalo perforado. Los atributos del medio ambiente pueden dividirse según categorías de parámetros en cuanto al tipo de roca, medio ambiente y operativos. 
Un análisis detallado de cada una de estas categorías indicará los parámetros individuales de selección de barrenas tricórneas o de diamante. En formaciones en donde pueden perforar las barrenas de diamante con ritmos de penetración mucho mayores que las barrenas tricórneas es indiscutible su utilización. Debido a lo anterioren los últimos años cuando se selecciona una barrena, antes que nada se hacen estudios para seleccionar las de diamante.

jueves, 16 de octubre de 2014

SELECCIÓN DE BARRENAS - III

Restricciones de perforación

Los parámetros operativos deben corresponder a una escala aceptable para que una barrena de diamante ofrezca los mayores beneficios. Por lo general, los parámetros que no se corresponden con escalas re- ducirán la eficiencia de costo del producto. Cuando se encuentran estas situaciones se debe considerar una barrena de roles. Por el contrario, algunas restricciones brindan oportunidades para se- leccionar una barrena de diamante. 
Limitaciones de peso sobre barrena. Cuando se en- cuentran situaciones de PSB limitado, una estructu- ra de corte eficiente como un PDC tiene posibilida- des de ofrecer un mayor Ritmo de Penetración (ROP) que una barrena de roles. 
Escalas de revoluciones por minuto (RPM). La velocidad que la Compañía, perforadora espera utilizar en la barrena indica los parámetros de vibración y resistencia al desgaste que se necesitarán para mantener un desgaste parejo de la barrena y prolongar su duración. Las barrenas de diamante se pueden utilizar mejor que las barrenas de roles a altas velocidades de rotación. 
Formaciones nodulares. Las formaciones de ftanita, pirita y conglomerados se denominan comúnmente formaciones nodulares. Por lo general, en este tipo de formaciones no se puede utilizar la mayoría de las barrenas de diamante debido al daño por impacto en la estructura de sus cortadores. Sin embargo, existen estructuras de corte que pueden perforar eficazmente en estas aplicaciones. 
Ampliación. Si se planifican más de dos horas de operaciones de ampliación, se debe considerar seriamente la corrida de una barrena de roles. El ensanche excesivo puede dañar la superficie del calibre de una barrena de diamante porque las cargas de la barrena se concentran en una superficie muy pequeña. La vibración lateral también se debe considerar. La estructura de corte está sólo parcialmente engranada y, por lo tanto, hay escasas oportunidades, o ninguna, para que las características del diseño de la barrena puedan funcionar.
Pozos profundos. Estos pozos pueden resultaren una cantidad desproporcionada de tiempos de viaje con respecto al tiempo de perforación. Como resultado, la eficiencia de perforación es extremadamente reducida. Se debe considerar una barrena de diamante para ofrecer mayor duración de la barrena (menos viajes) y una mejor eficiencia general de la perforación. 
Pozos de diámetro reducido. Si el pozo tiene menos de 6 1/2 pulgadas, se necesita una reducción física del tamaño de los cojinetes en todas las barrenas de roles. Estas limitaciones requieren una reducción de PSB, que resultará en un mayor coeficiente de penetración. Se debe considerar una barrena de diamante para aumentar el coeficiente de penetración y para permanecer en el pozo durante periodos prolongados. 
Aplicaciones con motores. Algunos motores dentro del pozo funcionan a altas velocidades (>250 R.P.M.). Las excesivas R.P.M. aumentan la carga térmica en los cojinetes y aceleran las fallas de la barrena. Se debe considerar una barrena de diamante, que no tiene partes móviles, para optimizar las R.P.M. y los objetivos de perforación.

lunes, 13 de octubre de 2014

SELECCIÓN DE BARRENAS - II

Análisis históricos 

Un análisis objetivo de los pozos de correlación (po- zos offset) ofrece la oportunidad de comprender las condiciones en el fondo del pozo, las limitaciones de su perforación y en algunos casos la adecuada se- lección de barrenas. Los análisis históricos comien- zan con una colección de registros o récords de ba- rrenas e información relacionada con el pozo, tal como se explicó anteriormente en este capítulo. Se debe tener la precaución de que los registros de ba- rrenas sean representativos de lo que será perforado en el pozo objetivo. La información también debe ser actualizada y reflejarlos tipos de barrenas recien- tes, es decir, de menos de dos años de antigüedad. Por supuesto, esto no es posible en el caso de pozos de exploración o en los pozos de campos más anti- guos que no han sido perforados recientemente. En estos casos, se dependerá principalmente de la in- formación geológica y debería considerar el primer pozo como una referencia para las recomendacio- nes de las aplicaciones futuras. El análisis de los registros de las barrenas puede ofre- cer datos de gran valor si éstos se registran en forma precisa y completa. Coeficiente de penetración típico. El coeficiente de penetración es una indicación de la dureza de la roca; no obstante una selección inadecuada de la barrena puede ocultar las características de dureza de la roca. Esto es particularmente válido cuando se elige una barrena demasiado dura para una aplicación. La ba- rrena más dura, debido a la densidad de sus corta- dores o la proyección de sus dientes, tiene un límite superior de coeficiente de penetración determinado por su diseño. Por lo general, a medida que se per- fora más profundo, se espera utilizar barrenas cada vez más duras. El análisis de la resistencia de las rocas ha revelado que este paradigma no siempre es válido y, en muchos casos, las barrenas más blandas pueden utilizarse con éxito en las partes más profundas del pozo. 
Fluidos de perforación. El tipo y la calidad del fluido de perforación que se utiliza en el pozo tienen un efecto muy importante en el rendimiento de la barrena. Los fluidos de perforación con base de aceite mejoran el rendimiento de las estructuras de corte de PDC; el ren- dimiento del diamante natural y del TSP varía según la litología. El fluido de perforación base de agua pre- senta más problemas de limpieza debido, en gran par- te, a la reactividad de las formaciones a la fase acuosa del fluido de perforación. Los récords pueden deter- minar la variación y el nivel de efectividad de los flui- dos de perforación que se usan en el campo. Energía hidráulica. La energía hidráulica, de la cual el régimen de surgencia es un componente integral, proporciona la limpieza y enfriamiento a la barrena. Se refiere en términos de caballos de fuerza hidráulica por pulgada cuadrada ("hydraulic horse power per square inch", HSI) de superficie en todas las secciones del pozo. Los análisis históricos mostrarán los parámetros comunes utilizados en el campo y qué oportunidades existen para una mejor utilización de la energía hidráulica por medio de la selección de las barrenas o de los parámetros de operación. Las barrenas de diamante deben funcionar de acuerdo con escalas hidráulicas específicas para asegurar su eficiente limpieza y enfriamiento. Los regímenes de surgencia insuficientes y el índice de potencia hidráulica (HSI) afectan el enfriamiento y pueden provocar daños térmicos en la estructura de los cortadores. La falta de limpieza sólo hará que la barrena se embole, lo que provocará un rendimiento deficiente o nulo. Existen diseños de barrenas que aliviarán parcialmente algunas de estas condiciones, pero para alcanzar un rendimiento óptimo se deben utilizar los mejores parámetros de hidráulica en las aplicaciones de barrenas de diamante. 
Énfasis en los costos. Indica la sensibilidad del operador con respecto al costo. La mayoría de las veces esto se traduce en barrenas de menor precio. Los ingenieros de diseño y operación deben tomar en cuenta el número de oportunidades que afectan los costos de un pozo y que dependen del tiempo. Se debe recordar siempre que esto mejoraría si se selecciona una barrena de perforación de alta calidad. La barrena se debe tener las cualidades que satisfagan las necesidades de la aplicación de la compañía perforadora sin aumentar indebidamente su costo. Una barrena de diamante que pueda volver a utilizarse da lugar a costos más bajos de perforación. Así la compañía perforadora tendrá la oportunidad de utilizar un producto de alta tecnología que, en otro caso, sería una situación económica marginal.

domingo, 12 de octubre de 2014

SELECCIÓN DE BARRENAS - I

Criterios de selección de barrenas 

Objetivos de perforación 
Para el proceso de selección es fundamental cono- cer los objetivos de perforación, que incluyen todo tipo de requisitos especiales del operador para per- forar el pozo. Esta información ayudará a determi- nar las mejores características de la barrena que re- quiere la aplicación y a concentrar sus esfuerzos en satisfacer las necesidades de la compañía perfora- dora y sus requisitos de perforación. Rendimiento. Uno de los principales objetivos del operador es perforar el pozo en el menor tiempo posible. Esto significa orientar la selección de barre- nas hacia la búsqueda del tipo que más duración tenga; se busca principalmente la máxima cantidad de metros en un tiempo de rotación aceptable, eli- minando así el costoso tiempo del viaje. 
Direccional. El tipo de pozo direccional es un criterio importante cuando se deben seleccionar las características de las barrenas ya sean tricórneas o de diamante. Una ventaja específica de las barrenas de diamante es su gran alcance y sus posibilidades para perforar en sentido horizontal. Estos tipos de pozos, por lo general, tienen secciones homogéneas muy prolongadas que son óptimas para las aplicaciones con barrenas de diamante. La densidad de los cortadores, la cantidad de aletas, el control de la vibración y el calibre de la barrena son, todos ellos, parámetros de selección fundamentales cuando se estudian las aplicaciones direccionales. 
Economía. El medio ambiente económico es un factor fundamental para la aceptación de los diseños con diamante, siempre y cuando los análisis de eosto así lo determinen; en caso contrario se deben seleccionar barrenas tricórneas.

sábado, 11 de octubre de 2014

Aplicación a selección de barrenas - IV

establecer la resistencia al cizallamiento de la formación con el diseño geométrico de los cortadores de la barrena para lograr las adecuadas velocidades de penetración. Los criterios que deberán seguirse para lograr una óptima selección son: 1.- Conocer la resistencia compresiva confinada de la roca. 2.- Definir la resistencia inicial al cizallamiento de la roca. 3.- Determinar el ángulo de fricción interno de la roca. 4.- Observar las características geométricas de los cortadores de la barrena. 5.- Evaluar el trabajo por cortador para determinarla cantidad de roca removida por revolución y determinar el trabajo de la barrena. 6.- En función de la dureza de la roca y de la agresividad de los cortadores, la fuerza resultante neta generará dos reacciones: eltorque reactivo y la fuerza reactiva de cizallamiento. Estas fuerzas deben evaluarse para conocer el posible comportamiento dinámico de la barrena en el fondo del pozo y determinar así la mejor barrena en función de la geometría, las propiedades mecánicas de la roca, así como la fuerza neta de desbalanceo. 

 Nomenclatura

viernes, 10 de octubre de 2014

Aplicación a selección de barrenas - III

A partir de dichos resultados se ha desarrollado una tabla que clasifica el tipo de litología y la resistencia a la compresión, que sirve como guía para determinar el tipo de barrena que se va a usar. Una extensión al trabajo de Masón fue desarrollada para barrenas PDC, el cual se utiliza actualmente se utiliza en el software comercial de los proveedores de barrenas.10. El método parte de la identificación de litologías, basado en el análisis del registro de rayos Gamma y en el registro sónico. Posteriormente se debe evaluar la resistencia compresiva uniaxial sin confinamiento de cada formación y seleccionar la barrena. 
El autor desarrolló unas guías de selección que se ajustan a tres diferentes escalas de registro (1", 3" y 5"). Con ayuda de los registros anteriores, y con base en el apoyo del tiempo de tránsito sónico del método de Masón, se desarrollaron las guías de selección para barrenas PDC. La selección de las barrenas PDC está agrupada por cortadores. Se considera al método como propietario ya que la disponibilidad de las guías de selección es limitada. Se recomienda utilizar el método de Masón.

jueves, 9 de octubre de 2014

Aplicación a selección de barrenas - II

3.- Grafique el tiempo tránsito sónico de un registro de correlación con la misma escala, figura 30. 
4.- Sobreponga 30 y 29 y realice la selección. Tome en cuenta intervalos de similar tiempo de tránsito y optimice de acuerdo con rendimientos, figura 31. Otro de los métodos para la selección de barrenas consiste en estimar la resistencia compresiva uniaxial sin confinamiento y establecer la relación existente con la velocidad de penetración.
En la figura 32 se muestra la correlación realizada por Roca para estimar la influencia de la compresibilidad a la velocidad de penetración. Analizando los resultados se determinó que el mejor ajuste es de tipo hipérbolico y la relación obtenida es:

miércoles, 8 de octubre de 2014

Aplicación a selección de barrenas - I

De manera general, la metodología para la selección de barrenas, con base en la determinación de algunas de las propiedades mecánicas, establece una correlación entre la litología de la formación, la resistencia a la compresión de la roca y el tipo de barrena recomendado por el IADC. De los métodos más simples para la selección de barrenas se encuentra el de Masón. Este método correlaciona la dureza de la formación y el esfuerzo compresivo contra el tiempo de cizallamiento. Aquí se da una descripción de la metodología y sus posibles resultados: 
1.- Obtenga los datos del tiempo de tránsito sónico delfluido poral en función de la profundidad. Considere los cambios en salinidad, presión y temperatura. La figura 27 es un ejemplo ilustrativo para el agua dulce en función de la temperatura y sólo es útil para ilustrar el método.
2.- Combine los datos anteriores con los datos de la gráfica universal (figura 28) para desarrollar la guía de selección (figura 29). Ejemplo: de la figura 27 se tiene que a 8000 ft el tiempo de tránsito es de 197 mseg/ft (microsegundos/pie). De la figura 28 se tiene que para ese tiempo sónico del fluido existen 3 tiempos sónicos de 95, 104.4 y 113.1 mseg/ft. De esta manera se trazaron las 7 líneas de la figura 29.

martes, 7 de octubre de 2014

Medición a partir de registros geofísicos

Si los valores de los tiempos de tránsito compresional y sónico en conjunción con la densidad están disponibles, las constantes elásticas dinámicas se pueden obtener para formaciones homogéneas e isotrópicas a partir de las siguientes relaciones básicas.

domingo, 5 de octubre de 2014

Medición de las propiedades mecánicas de las rocas

Existen dos enfoques en el campo de la mecánica de rocas para determinar las constantes elásticas. El primer método requiere colocar un espécimen de roca bajo una carga en una máquina de prueba para determinar las constantes elásticas a partir de la relación de deformaciones. Las constantes obtenidas por este método se llaman constantes elásticas estáticas.
El segundo método involucra la medición de las velocidades de las ondas acústicas y determina los valores a partir de la relación de la propagación de las ondas. Estas se llaman constantes elásticas dinámicas. Para un material idealmente elástico, las constantes estáticas y dinámicas son las mismas. Para las rocas no es el caso. Las constantes elásticas dinámicas son más altas que las estáticas La diferencia es mayor a bajas presiones de confinamiento. Por otro lado, a bajas presiones de confinamiento las rocas exhiben una relación no lineal de esfuerzo/deformación. A altas presiones de confinamiento el comportamiento se vuelve más lineal y hay una mejor concordancia entre ambas constantes.
Desde el punto de vista práctico, varias consideraciones importantes favorecen el uso de las mediciones dinámicas obtenidas de los registros. Primero, las mediciones son hechas in situ y deben ser más representativas del estado de esfuerzos de confinamiento. Por otro lado, las mediciones estáticas requieren el corte de un núcleo de formación que mantenga las propiedades originales. En segundo lugar, los registros proporcionan una medida continua y permiten establecer una tendencia.

sábado, 4 de octubre de 2014

Resistencia compresiva

Como se mencionó anteriormente al aumentar la presión de confinamiento, la resistencia y la ductilidad de la roca se incrementan. La estimación de la resistencia compresiva de la roca depende de las condiciones según las cuales se calcule. Para obtener la resistencia compresiva sin confinamiento (presión atmosférica), basta con obtener las lecturas del registro de densidad y de porosidad para establecer la relación. Smorodinov y colaboradores determinaron dos relaciones entre el esfuerzo compresivo para un grupo de rocas carbonatadas:
La densidad y la porosidad. Si se toman muestras de formación y se realizan pruebas triaxiales a la presión de confinamiento se obtiene la resistencia compresiva in situ o confinada. La relación de la resistencia compresiva como una función de la presión de confinamiento está dada por la envolvente de Mohr. A partir de la intercepción de la falla de la roca a una presión de confinamiento con la aproximación lineal de la envolvente puede ordenarse para calcular la resistencia compresiva confinada. Esto es:

viernes, 3 de octubre de 2014

Ángulo de fricción interna - II

Entre mayor sea el ángulo de fricción interna se necesita más esfuerzo de cizallamiento para incrementar la ruptura al incrementarse la presión de confinamiento. Por lo tanto, diversos materiales tienen una curva tipo para el ángulo de fricción interna (figura 26). Entre más pendiente tenga la curva mayor es la diferencia en la resistencia al cizallamiento con el incremento de la presión de confinamiento. Así, la resistencia a la tensión es más pequeña que la resistencia a la compresión. Cuando la diferencia entre la resistencia a la compresión y a la tensión es grande se dice que el material es quebradizo y cuando es pequeña el material es dúctil. Al incrementar la presión de confinamiento la curva del ángulo de fricción interna tiende a achatarse, el ángulo del plano de cizallamiento se incrementa y la diferencia entre dúctil y quebradizo desaparece.

jueves, 2 de octubre de 2014

Ángulo de fricción interna - I

Partiendo de la ecuación que describe linealmente la envolvente del circulo de Mohr y que a su vez separa los planos de fractura se puede reescribir la resistencia al cizallamiento como:
De acuerdo con las consideraciones anteriores, el ángulo entre el plano de ruptura y el esfuerzo de deformación será por lo general menor a 45°; esto es, el plano de cizallamiento depende del ángulo de fricción interna y que a su vez es una propiedad del material el cual puede variar con el esfuerzo normal (figura 25). El ángulo de fricción interna es grande para las areniscas y pequeño para las arcillas; además, se incrementa rápidamente al crecer la presión de confinamiento en las areniscas y poco en las arcillas.

miércoles, 1 de octubre de 2014

Propiedades mecánicas de las formaciones

Constantes elásticas dinámicas Al someter una roca a diferentes esfuerzos tiende a deformarse de una manera previsible. Por lo tanto, las relaciones que describen este comportamiento reciben el nombre de constantes elásticas. A continuación se da una definición general de las relaciones básicas.
  Relación de Poisson Es una constante definida por la relación que existe entre la deformación lateral y la deformación longitudinal que sufre una roca. Matemáticamente se expresa:
Módulo de cizallamiento Es el efecto de los esfuerzos paralelos compresiona les que se producen al contacto de la barrena con la cara de la formación y se define como la fuerza tangencial sobre la cara de la roca. Su expresión es:
Módulo volumétrico Es el cambio de volumen que producen los esfuerzos compresionales derivados del peso sobre barrena a la cara de la roca y se expresa como: