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.

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.

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.

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.

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

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.

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: