Determinación del momento óptimo para el cambio de barrena - I

Un método experimentado para determinar el momento preciso para suspender la perforación y efectuar un cambio de barrena consiste en ir calculando los costos por metro parciales y graficar (figura 40) los mismos contra el tiempo. El costo por metro perforado al inicio de la perforación con cualquier tipo de barrena representará siempre el costo por metro más alto debido a que los metros perforados son pocos. Lo anterior se ob serva en la figura 40: conforme se incrementa la longitud perforada y el tiempo, se tendrá una tendencia a disminuir el costo por metro, como se muestra en la región 0A de la figura 40. 

Posteriormente tendrá un comportamiento más o menos constante, después la estabilización del costo por metro (región AB) y, finalmente, se observará que se incrementa el costo por metro (de la región B en adelante). Esto podría indicar que la vida útil de la barrena ha terminado. El costo por metro aumenta en razón del grado de desgaste que ha alcanzado la barrena en su estructura de corte, en el caso de barrenas de diamante o en el sistema de rodamiento para el caso de barrenas de conos. 

De lo anterior se concluye que el momento óptimo para efectuar el cambio de barrena es el punto B. Es obvio que a partir de éste, el costo por metro se empieza a incrementar porque se incrementa el tiempo de perforación y no así los metros perforados. 

La aplicación de este método puede complicarse si no se tiene la experiencia de campo suficiente para visualizar qué está pasando con todos los parámetros involucrados: si el contacto geológico es el mismo, puesto que tienen propiedades en algunos casos totalmente diferentes, y la dureza, el factor más importante en cuanto al rendimiento de barrena. Lo que no sería recomendable es cambiar de barrena si los tiempos de perforación se incrementan y mucho menos si la barrena que se está utilizando puede perforar en el cambio de contacto geológico.

Evaluación económica de rendimientos - IV

Para determinar si una aplicación es apta para una barrena de diamante, los rendimientos del pozo vecino se conocen, pero el rendimiento de la barrena se estima. Así, se tienen que asumir cuántos metros hay que perforar o el ritmo de penetración (ROP) que debe lograr la barrena en cuestión. Suponiendo los metros perforados se emplea, entonces, la siguiente fórmula para calcular el ritmo de penetración para ni ganar, ni perder:

La barrena PDC tiene que perforar los 915 m a un ritmo de penetración de 7.3 m/Hr para igualar el costo por metro del pozo vecino de $ 90.92 para los mismos 915 m. Si la velocidad de perforación se asume, se usa la siguiente fórmula para calcular el break even de metros perforados:

En este caso la barrena de diamante solamente tiene que perforar 285 m para llegar al punto de igualdad de costo.

Evaluación económica de rendimientos - III

Para determinar el factor 0.004 se supone que en 4 horas la tubería viaja 1000 m (4 Hrs/1000 m = 0.004 Hrs/m), sin embargo como ya se mencionó anteriormente, esto depende totalmente de la experiencia del personal, el equipo utilizado y las condiciones de operación.

La ecuación de costo por metro de perforación es válida para cualquier tipo de barrena, incluso las de diamante. La fórmula se puede usar al terminar una corrida de perforación usando datos reales de la operación para calcular el costo por metro de perforación, o se puede usar antes de iniciar la corrida asumiendo valores para calcular dicho costo. 

La fórmula se puede emplear para comparar costos usando barrenas de diamante contra barrenas convencionales o comparar las ventajas económicas relativas con tipos diferentes de barrenas de diamante. Anteriormente, a raíz de la introducción de las barrenas de diamante, casi todas las comparaciones se hacían con barrenas convencionales. Hoy, sin embargo, un creciente número de las evaluaciones se hacen para comparar el rendimiento de diversas barrenas de diamante. 

El costo previsto por metro perforado para una barrena propuesta suele compararse con el costo real de otras barrenas empleadas para perforar en la misma región y bajo condiciones similares de perforación. Los pozos que se usan para hacer las comparaciones suelen denominarse "vecinos", o pozos de correlación (pozos offset). En general, la comparación es más válida mientras más cercano esté el pozo vecino a la localización propuesta y mientras más parecidos sean los parámetros de perforación.

Cuando se propone usar una barrena de diamante en regiones donde se usan barrenas tricórneas convencionales, es muy útil efectuar un análisis de "IGUALDAD DE COSTO", también conocido como "NI GANAR, NI PERDER' (BREAK EVEN). 

El punto breakeven se refiere simplemente a los metros perforados y las horas requeridas a tratar de igualar el costo por metro que se pudiera obtener para un pozo en particular si no se hubiese usado una barrena de diamante. 

Para obtener la "igualdad de costo", se tiene que usar, para fines comparativos, un buen récord de barrenas de un pozo vecino. Si se usa el siguiente registro de barrenas de 8 % pg tipo 517 que perforaron de 4000 a 4915 m, se puede determinar si una barrena de diamante resulta económica.

Evaluación económica de rendimientos - II

Figura 38 Ejemplos de evaluación de barrenas de arrastre (diamante y PDC)

Figura 39 Ejemplos de evaluación de barrenas de conos.

Por lo antes expuesto el método más aceptado hoy en día es el COSTO POR METRO. Para su cálculo se usa la siguiente ecuación:

Como se observa, se incluye un parámetro denominado tiempo de conexión (Te), el cual se calcula de la siguiente manera: se divide la longitud perforada (M) entre 9.30, debido a que es la longitud estándar de un tubo de perforación. Con la operación anterior se calcula el número de conexiones, posteriormente se multiplica por el tiempo en que se efectúa una conexión; éste es variable de acuerdo con la experiencia del personal, el equipo utilizado y las condiciones de operación. A continuación se presenta un ejemplo del cálculo del tiempo de conexión:

Evaluación económica de rendimientos - I

Costo por metro 

Aunque representan apenas una fracción del costo total del equipo, las barrenas son uno de los elementos más críticos para calcular el aspecto económico de la perforación. El costo de una barrena de diamante puede servarías veces más alto que el de una barrena tricórnea de dientes fresados o de insertos; de ahí que sólo pueda justificarse su uso con base en su rendimiento. Con el fin de evaluar su desempeño, se han usado varios parámetros de comparación como el costo de la barrena, velocidad de perforación, longitud perforada, etc. La utilización de estos parámetros como indicadores de rendimiento, podrían ser apropiados sólo en los casos cuyas características especiales lo justifiquen. En forma individual no es recomendable utilizarlos ya que se deben tomar en cuenta otros factores también importantes. El objetivo es lograr el menor costo de perforación sin poner en riesgo las operaciones; además se deben cumplir las especificaciones de perforación e inclusive observar las restricciones que pudieran existir.

Figura 37

Aplicaciones prácticas

El sistema de evaluación de desgaste de la IADC puede ser utilizado con varios propósitos. Los fabricantes evalúan el diseño y aplicación de las barrenas, los operadores evalúan y mejoran sus programas de perforación. 

El sistema puede ser computarizado para construir una base de datos mundial para coordinar las aplicaciones de las barrenas. El objetivo principal de este sistema es obtener un "cuadro estándar" de una barrena, sin importar dónde, o bajo qué circunstancias ha sido utilizada. Algunas compañías que fabrican barrenas efectúan otras evaluaciones de desgaste apegadas a la IADC, con la finalidad de llevar un control más estricto y así efectuar las mejoras necesarias. Como ejemplo se puede mencionar que algunas compañías evalúan los tres conos de las barrenas de rodillos y para las barrenas PDC califican cada uno de los cortadores y la información se divide en nueve categorías. Las dos primeras categorías, las cuales se enumeran, indican la ubicación del cortador en la barrena respecto a las aletas; la tercera categoría identifica el porcentaje de desgaste del cortador mediante un calibrador especial de desgaste. 

Las dos siguientes categorías indican la condición general de cada cortador y de su soporte; las categorías seis y siete se relacionan con la erosión y las dos últimas con los postes impregnados de diamantes y con cualquier otra observación pertinente. Lo anterior con la finalidad de continuar con las mejoras en el rendimiento con base en el diseño. Ejemplos de evaluación de desgaste se pueden observar en la figuras 38 y 39.

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.