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 aprende 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 (Interntional 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.

PROBLEMAS MÁS COMUNES EN LAS BARRENAS - III

Geometría del agujero. En función de la experiencia, en ciertas situaciones como la de empezar a desviar a 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 debe 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 pueden obstruir las toberas.

PROBLEMAS MÁS COMUNES EN 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 como 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 menor temperatura; efectúa, además, el enfriamiento y lubricación de la barrena y evita el desgaste por exceso de temperatura.

PROBLEMAS MÁS COMUNES EN LAS BARRENAS - I

Factores que afectan el desgaste de las barrenas 

Los factores que afectan el desgaste de las barrenas se puede 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 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. 

Factores operativos 

Estos factores deben de 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 lograrse 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.

Barrenas especiales

· Barrenas desviadoras 

· Barrenas monocónicas 

· Barrenas especiales 

Las barrenas de chorro desviadoras a veces se emplean para 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 ó neblina, como medio de circulación. Estas barrenas están provistas de conductos para circular parte del aire, gas ó neblina a través de los cojinetes no-sellados, con el 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 los cojinetes. Además, existen otros tipos de barrenas especiales que, como su clasificación lo indica, se usan para operaciones muy específicas y, por lo tanto, no se considera su análisis económico comparativo para su aplicación directa. Entre estas se pueden mencionar: las barrenas ampliadoras, las barrenas para cortar tuberías de revestimiento, barrenas para perforar diámetros demasiado grandes o pequeños, con aplicación de tubería flexible etcétera.

Barrena de compacto de diamante policristalino (PDC) - II

Una secuencia lógica para selección adecuada de una barrena PDC contempla los siguientes pasos: 

a). Obtener información de los pozos prospecto: identificar el objetivo del pozo, diámetro del agujero, datos del intervalo a perforar, tipo de formación, contacto geológico, litología, condiciones y requerimientos especiales del pozo, determinación de restricciones e indicaciones de la perforación. 

b). Seleccionar la estructura de corte, cuerpo y perfil de la barrena: identificar el tipo, tamaño, densidad, distribución e inclinación de los cortadores. También el tipo de perfil y cuerpo de la barrena lo cual ayudará a la óptima estabilización y agresividad durante la perforación. 

c). Elaborar análisis económico: identificar la ganancia o ahorro esperado con el uso de este tipo de barrenas con base en el costo por metro y rentabilidad económica, entre otros. 

d). Seleccionar el diseño hidráulico: identificar la hidráulica óptima para perforar, así como el tipo de fluido de control usado, con base en la limpieza de los recortes y el enfriamiento de la barrena.

Barrena de compacto de diamante policristalino (PDC) - I

Las barrenas PDC pertenecen al conjunto de barrenas de diamante con cuerpos sólidos y cortadores fijos y, al igual que las barrenas TSP, utilizan diamante sintético. 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 de diamante natural y las TSP, su diseño hidráulico se realiza con sistema de toberas para lodo, al igual que las barrenas tricónicas. El mecanismo de corte de las barrenas PDC es por arrastre. Por su diseño hidráulico y el de sus cortadores en forma de pastillas tipo moneda y, además, por sus buenos resultados en la perforación rotatoria, este tipo de barrenas es la más usada en la actualidad para la perforación de pozos petroleros. También representa muchas ventajas económicas por su versatilidad. Por su diseño y características, las barrenas PDC cuentan con una gran gama de tipos y fabricantes, especiales para cada tipo de formación: desde muy suaves hasta muy duras, y en diferentes diámetros según el diseño de los pozos. Además, estas barrenas pueden ser rotadas a alta velocidades, utilizadas con turbinas o motores de fondo, con diferentes pesos sobre barrena y por su alta resistencia, así como fácil manejo según las condiciones hidráulicas. La experiencia de campo con estas barrenas ha creado entre el personal operativo la creencia de que contribuyen al incremento del ángulo de desviación del pozo. Esto no ha sido comprobado totalmente; lo cierto es que la teoría de fabricación de estas barrenas es de efecto contrario, pues por su cuerpo fijo, tiende a la estabilización del pozo.

Una desventaja de este tipo de barrenas son los problemas de acuñamiento en formaciones deleznables y en pozos donde se debe repasar el agujero por constantes derrumbes de la formación. Este fenómeno contribuye a que la formación las atrape más fácilmente que una barrena tricónica.