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SECCION 3 BARRENAS DE PERFORACION Contenido 1.0 Selección de Barrenas 2.0 Barrena de Conos

2.1 Características de la Barrena de Conos 2.1.1 Los Cortadores 2.1.2 Desalineado de los Conos 2.1.3 Los Cojinetes (Rodamientos)

2.2 Selección de Barrena de Tres Conos 2.3 El Sistema de Clasificación de la IADC para Barrenas de Conos

3.0 Barrenas de Cortadores Fijos 3.1 Tipos de Barrenas con Cortadores Fijos

3.1.1 Barrenas PDC 3.1.2 Barrenas de Diamantes 3.1.3 Barrenas TSP 3.1.4 Barrenas Impregnadas de Diamantes

3.2 Tecnología de la Barrena PDC 3.2.1 Nomenclatura de la Barrena 3.2.2 Acción Cortadora de la Barrena PDC

3.3 Tecnología del Cortador PDC 3.3.1 El Cortador PDC 3.3.2 Densidad del Cortador 3.3.3 Tamaño del Cortador 3.3.4 Distribución del Cortador 3.3.5 Orientación del Cortador 3.3.6 Diseño del Cortador - General 3.3.7 Geometría del Cortador

3.4 Aplicaciones de la Barrena de Cortadores Fijos y Características de Diseño

3.4.1 Altas Velocidades de Rotación 3.4.2 Perforación de Agujero Esbelto o de Diámetro Pequeño 3.4.3 Perforación Direccional y Horizontal 3.4.4 Diseños de Barrena Bi-Céntricas y Excéntricas

3.5 Clasificación de la Barrena de Cortadores Fijos 4.0 Manejo de la Barrena y Procedimientos de Conexión 5.0 Procedimientos para Correr la Barrena

5.1 Barrenas de Conos 5.1.1 Corrida en el pozo 5.1.2 Establecimiento de un patrón de corte 5.1.3 Antes de volver a correr Barrenas Verdes

5.2 Barrenas de Cortadores Fijos 5.2.1 Preparación

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5.2.2 Corriendo la Barrena (con ensamblaje rotario) 5.2.3 Corriendo la Barrena (con PDM y Turbina)

5.3 Pruebas de Perforabilidad 5.3.1 Procedimiento de la Prueba de Perforabilidad

5.4 Perforación del Cuello Flotador y la Zapata 6.0 Dinámica de la Perforación Relacionada con La Barrena

6.1 Vibraciones Axiales 6.2 Vibraciones Laterales 6.3 Vibraciones de Torsión y Atrapamiento de Corrida

6.3.1 Predicción y Monitoreo de Vibraciones de Fondo 7.0 Identificación de Problemas de Perforación

7.1 Presión Diferencial 7.2 Presión Circulante 7.3 Torsión 7.4 Velocidad de Perforación (ROP)

8.0 Clasificación de Barrenas Desgastadas 8.1 Sistema de Clasificación de la IADC para Barrenas Desgastadas

8.1.1 Desgaste de la Estructura de los Cortadores/Elementos Cortantes

8.1.2 Códigos de Localización para Barrenas de Conos 8.1.3 Códigos de Localización para Barrenas de Cortadores Fijos 8.1.4 Códigos de Clasificación de la IADC para Barrenas

Desgastadas. 8.1.5 El calibre del diámetro externo

8.2 Condiciones de Barrenas Usadas / Causas / Tablas Remediales 8.2.1 Barrenas de Conos 8.2.2 Barrenas de Cortadores Fijos

9.0 Aspectos Económicos de la Corrida de Barrenas

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1.0 SELECCION DE BARRENAS El desempeño de la barrena es medido por la longitud total y el tiempo de perforación, antes de que la barrena deba ser sacada y reemplazada. Costo mínimo por metro (o pies), es el principal objetivo. Una revisión cuidadosa de la información del pozo vecino (o de prueba), debe ser realizada, cuando se selecciona una barrena, para una sección del agujero, en particular. Las consideraciones principales para seleccionar una barrena son: • Geología − Propiedades de la formación • Fuerza de compresión - Se refiere a la fuerza intrínseca de la roca, la cual está basada en su composición, método de deposición y compactamiento. Es importante considerar la fuerza compresiva, “confinada” o “en sitio”, de una formación dada. Muchos fabricantes de barrenas, proveen ahora un servicio suplementario de análisis de resistencia de rocas, como ayuda para la selección de barrenas. • Elasticidad - Afecta la forma en la que la roca falla. Una roca que falla en forma “plástica”, más que fracturarse, se deformará. • Abrasión • Presión de sobre-carga - Afecta la cantidad de compactación de sedimentos y por lo tanto la dureza de la roca. • Atrapamiento • Presión de los poros - Afecta los requerimientos de peso del lodo y puede afectar la velocidad de perforación. • Porosidad y Permeabilidad - Cambios de formación dentro de una sección dada del agujero Los cambios en la formación, durante la corrida de una barrena, pueden tener un efecto significativo sobre el desempeño de la barrena. Las formaciones a ser perforadas y las profundidades predichas de los cambios de formación, serán dados en el programa de perforación y formarán la base de la selección de barrenas. Es importante recordar la diferencia entre exploración y perforación de evaluación/desarrollo, en el lo siguiente:

• Para la perforación de evaluación/desarrollo, se conocerá mucho sobre las propiedades de las formaciones pronosticadas y la selección de barrenas estará basada en el desempeño de la barrena en pozos vecinos (o de prueba) junto con la data de registro electrónico (sónico, rayos gamma, etc.), datos de registro de lodo, muestras de núcleo, etc.

• Para la perforación de exploración, probablemente se conocerá poco de la perforabilidad de las formaciones que probablemente sean encontradas y por lo tanto será desarrollado un programa de barrenas más conservativo. En estas situaciones es prudente cargar una variedad más amplia de diseños de barrena, para cubrir todas las eventualidades.

• Tamaño del agujero y programa de tuberías de revestimiento. • Perfil direccional de la trayectoria del pozo y navegabilidad del diseño de barrena. • Tipo de transmisión (Rotaria / Rotaria Navegable / Motor de Lodo / Turbina). • Propiedades del fluido de perforación • Hidráulica • Capacidades del equipo de perforación

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2.0 BARRENA DE CONOS Barrenas de tres conos o barrenas de conos, fueron introducidas por primera vez en los años 30 por Hughes Tool Company. Las barrenas de conos incluyen cortadores de acero montadas en el cuerpo de la barrena, de tal manera que son libres de rotar. La mayoría de las barrenas de conos tienen tres conos, a pesar de que existen diseños que utilizan dos y cuatro conos. Recientemente se han vuelto a utilizar barrenas de un cono para la perforación de hoyos estrechos. 2.1 Características de la Barrena de Conos Las barrenas de conos tiene tres elementos principales: • Cortadores (o conos) • Cojinetes (valeros o rodamientos) • Cuerpo de la Barrena

2.1.1 Los Cortadores Los elementos cortantes de una barrena de conos, son filas circunferenciales de dientes, que se extienden de cada cono y se entrelazan entre las filas de dientes de los conos adyacentes. Estos son, ya sea forjados con maquina desde la estructura de acero de los conos (Barrena de Conos Dentados), o son prefabricados de carburo de tungsteno más duro y ensambladas en bolsillos forjados dentro de los conos (Barrenas de Insertos). Las barrenas de insertos de carburo de tungsteno, fueron originalmente diseñadas para perforar formaciones extremadamente duras y/o abrasivas, tales como chert (roca cuarzosa) y cuarcita, que no podían perforarse con barrenas de conos dentados diseñadas para formaciones más blandas. Sin embargo, y debido a su durabilidad superior, ahora también existen diseños de barrenas de insertos, adecuados para perforar formaciones blandas, en forma económica.

Cortadores (dientes de acero o insertos)

Cono

Insertos del calibre o del diámetro externo

Toberas o chorros

Faldón Reservorio de Grasa (Compartimiento Sellado)

Conexión de Piñón o de Espiga (pin)

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Los dientes pueden ser de una gran variedad de formas y tamaños, dependiendo de la intención de la aplicación y son responsables de triturar o excavar la formación, mientras la barrena rota. La trituración proviene del alto peso colocado sobre la barrena el cual empuja los dientes hacia dentro de la roca, a medida que los conos y la barrena, rotan.

2.1.2 Excentricidad de los Conos La acción de excavación de una barrena de tres conos, es el resultado de la excentricidad de los conos en la barrena que hace que no roten sobre sus ejes reales. La Excentricidad (offset) es la distancia horizontal entre la linea central de la barrena y un plano vertical, a través de la linea central del muñón o eje del cono. La excentricidad se refiere al grado de desalineación y se conoce también como oblicuidad (“skew”).

Si los conos son forzados a rotar sobre un eje distinto a su eje real de rotación geométrica, se deslizaran o arrastraran ocasionalmente, a lo largo del fondo del agujero, produciendo de esta

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manera un mecanismo de elementos cortantes de arrastre o de excavación en adición al efecto de trituración mencionado antes. Por lo general, y mientras mayor sea la distancia del desalineamiento o excentricidad de los conos en la barrena, mayor será el grado de la acción de elementos cortantes para la excavación / raspado. Las barrenas de conos para formaciones más blandas tienen mayor excentricidad que aquellas barrenas diseñadas para perforar roca dura, en donde podría no haber ningún tipo de desalineamiento y la barrena remueve formación, netamente debido a la acción de aplastamiento o trituración por el peso impuesto sobre ella.

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2.1.3 Los Cojinetes (Rodamientos) Los cojinetes o rodamientos permiten a los conos rotar alrededor del cuerpo de la barrena. Los cojinetes para barrenas de conos de primera calidad, son sellados y lubricados, para asegurar una vida más larga en el difícil ambiente del fondo del agujero. Cojinetes de rodillos y de bola no sellados también se fabrican y son primordialmente utilizados para secciones superiores del agujero, en donde el tiempo de viaje es corto y las altas velocidades rotarias, son preferibles. Los cojinetes de fricción no contienen rodillos, solamente un muñón sólido incluido en la superficie del cono o un buje, el cual cabe entre el cono y la muñonera. Los rozamientos se diseñan de tal forma que todos los elementos de los cojinetes estén cargados de manera uniforme y se puedan utilizar altos pesos en barrena y velocidades rotarias. Un reservorio sellado de lubricantes es mantenido dentro del cuerpo de la barrena para lubricar los cojinetes o los rodamientos.

UNA BARRENA CON COJINETE DE RODILLOS Y COJINETES DE BOLA

UNA BARRENA CON COJINETES DE MUNION

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EL LODO SE ENFRIA Y LUBRICA LOS COJINETES SIN SELLO

GRASA DEL RESERVORIO INCORPORADO LUBRICA LOS COJINETES SELLADOS

2.2 Selección de Barrena de Tres Conos En muchas ocasiones, las barrenas de conos pueden ser corridas en las mismas aplicaciones que las barrenas de cortadores fijos PDC, particularmente las barrenas tipo “premium” para motor con dientes de gran diámetro y barrenas “premium” de insertos para altas velocidades (algunas de las cuales incorporan sellos de metal). Las barrenas de conos, en general, perforan más lento que las barrenas PDC y tienen una vida más corta en términos de la longitud en pies (o metros) que pueda ser perforada. Sin embargo, en relación con la barrena en sí, su precio es menor al de las barrenas PDC. La elección de cuál barrena se debe correr en una aplicación dada, muchas veces depende de los resultados del análisis de costo por pie. Las siguientes directrices básicas deberán ser utilizadas como una ayuda para la selección de las barrenas de conos. • La lutita tiene una mayor respuesta a las RPM. • La roca caliza tiene una mayor respuesta de perforación al peso sobre barrena. • Las barrenas con cojinete de rodillos pueden ser corridas con RPM más altas que las barrenas con cojinetes de fricción. • Las barrenas con cojinetes sellados pueden tener una vida más larga, que las barrenas con cojinetes abiertos. • Las barrenas de conos dentados con cojinetes de muñón (de fricción), pueden ser corridas con pesos más altos que las barrenas de conos dentados con cojinete de rodillos. • Las barrenas de cortadores fijos pueden ser corridas a mayores RPM que las barrenas de conos. • Las barrenas con alta excentricidad de conos podrían desgastar más en el calibre. • Las barrenas con alta excentricidad podrían también causar mayor desviación del agujero. Las aplicaciones en donde se tiende a utilizar barrenas de conos antes que barrenas de cortadores fijos, incluyen: Pozos Exploratorios en donde existe insuficiente formación para determinar si las formaciones a ser perforadas son demasiado duras para ser perforadas con barrenas PDC. Otro factor que favorece a las barrenas de conos en los pozos exploratorios, es el tamaño de los recortes. Los geólogos algunas veces prefieren que no se corran barrenas PDC, debido a que los recortes generados por barrenas PDC en las formaciones, probablemente productoras, tienden a ser mucho más pequeños que aquellos hechos por barrenas de conos. Intervalos Cortos en donde la larga vida de una PDC de alto costo, no puede ser nivelada a un menor costo por pie. Situaciones de Alto Riesgo en donde existe una alta probabilidad de dañar la barrena (como por ejemplo, limpiar equipo de cementación que contenga partes metálicas). Areas de Perforación de Bajo Costo en donde el valor del tiempo ahorrado por una barrena PDC de perforación más rápida, no es suficiente para desviar el precio más alto de la barrena. Formaciones Extremadamente Duras en donde las barrenas de PDC aun no han demostrado poder perforar de manera económica. Areas Altas en Fallas con intercalaciones Duras en donde es extremadamente difícil predecir cuando una formación extremadamente dura (en particular una que contenga nódulos de roca cuarzosa), será encontrada.

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2.3 El Sistema de Clasificación de la IADC para Barrenas de Conos Este esquema de clasificación provee un método para categorizar las barrenas de conos de acuerdo con sus características de diseño y la intención de sus aplicaciones. El código de clasificación para una barrena individual, contiene cuatro caracteres. Los primeros tres caracteres son numéricos y el cuarto es alfabético. Primer Caracter – Series de Estructuras Cortantes (1-8) Los números de series describen las características de información general. Los números 1-3 se refieren a barrenas de conos dentados y del 4-8 cubren las barrenas de insertos. Dentro de los grupos, la formación se vuelve más dura, a medida que el número se incrementa. Segundo Caracter – Tipos de Estructuras Cortantes (1-4) Cada una de las series anteriores es dividida en cuatro tipos de grado y dureza. El Tipo 1 se refiere a barrenas diseñadas para la formación más blanda en una Serie en particular y el Tipo 4 a barrenas para la formación más dura. Tercer Caracter Cojinete / Calibre del diámetro Existen siete categorías para el diseño de cojinetes y protección del calibre. Cuarto Caracter – Características / Mejoras Disponibles (Opcional) Diez y seis caracteres alfabéticos son utilizados para indicar “Características Disponibles”. Estas incluyen estructuras cortantes, configuraciones hidráulicas y protección al calibre de cuerpo.

3.0 BARRENAS DE CORTADORES FIJOS A diferencia de las barrenas de conos, no existe ningún sistema uniforme de clasificación que relacione esto lo de barrena con perforabilidad de formación. Existe una clasificación de la IADC, pero no se relaciona a la perforabilidad de formación.

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3.1 Tipos de barrenas de cortadores fijos A pesar de que algunos estilos de barrenas modernas incorporan más de un tipo de diamante (por ejemplo diamante natural y TSP), las barrenas son tradicionalmente clasificadas de acuerdo a la naturaleza de su cortador de diamante. Los tres tipos de cortadores fijos de diamantes son: el diamante natural, el diamante Policristalino Termalmente Estable (TSP) y el Compacto de Diamante Policristalino (PDC). 3.1.1 Barrenas PDC Estructura cortante hecha de diamantes fabricados que son termicamente estables hasta 700 grados C. Las barrenas de PDC cortan la formación en una acción deslizante. Al contrario de los relativamente pequeños diamantes usados en barrenas de diamantes natural y en barrenas TSP, el PDC puede ser adherido al cuerpo, como grandes y filosos elementos cortantes. Los elementos cortantes PDC están unidos a un sustrato o poste de carburo de tungsteno (que provee mayor resistencia de impacto), que se encuentra fijos en el cuerpo/hojas de la barrena. El cuerpo puede ser de acero o tipo matriz. Hoy en dial as barrenas de PDC representan una gran mayoría dentro de las barrenas de cortadores fijos. 3.1.2 Barrenas de diamantes Estructura cortante hecha de diamantes naturales (estable hasta aproximadamente 850 grados C), que requiere buen enfriamiento y son sensitivas a cargas de choque. 1.1.1 1.1.2 MECANISMO CORTANTE

Arado y Molienda Cuerpo: Matriz solamente 3.1.3 Barrenas TSP La estructura cortante hecha de diamantes fabricados, la cual exhibe una resistencia más alta a la temperatura (estable hasta 1000-1200 grados C) que los diamantes naturales, que podrían contener inclusiones o impurezas.

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LOS TSP’s SON DE FORMA TRIANGULAR O REDONDA La ventaja sobre diamantes naturales: los diamantes TSP pueden ser orientados en el cuerpo de la barrena y son auto-afilables, igual que los cortadores PDC, cuando comienzan a desgastarse. Pero los diamantes TSP son más difíciles de unir al material de soporte que los PDC, es por esto y al igual que los diamantes naturales, que son utilizados para barrenas de tipo cuerpo de matriz, solamente. MECANISMO CORTANTE:

Básicamente arando/moliendo al igual que los diamantes naturales y en menor extensión, por fuerza cortante. 3.1.4 Barrenas impregnadas de diamantes Las barrenas impregnadas de diamantes (comúnmente llamadas barrenas impregnadas), contienen polvo de diamantes naturales afilados mezclados (en varias concentraciones) con matriz de carburo de tungsteno. Los diamantes utilizados en estas barrenas son por lo general mucho más pequeños que aquellos utilizados en barrenas convencionales de diamantes naturales. Grandes diamantes naturales son

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colocados en el área del calibre para mantener el tamaño del agujero durante la corrida de la barrena. Los diamantes TSP son algunas veces utilizados en conjunción con el polvo de diamante para aplicaciones específicas en donde velocidades más altas de perforación, son requeridas. Las barrenas impregnadas de diamantes, perforan de manera similar a las barrenas de cortadores de diamantes naturales, pero cuando los diamantes se desgastan y son desgarrados fuera de la matriz, los nuevos quedan continuamente expuestos. Esto les da la habilidad para perforar las formaciones más duras y abrasivas a altas RPM, lo cual las hace particularmente útiles cuando se utilizan turbinas.

UN POSTE DE RESPALDO IMPREGNADO DE DIAMANTES DETRAS DEL CORTADOR PDC. 3.2 Tecnología de la barrena PDC 3.2.1 Nomenclatura de la barrena

Barrenas de cuerpo de acero Barrenas de cuerpo matriz

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Cono El cono de la barrena provee un grado de estabilidad cuando está perforando. Nariz o lanza La nariz es la primera parte de la barrena en encontrar cualquier cambio en la formación cuando se perfora un pozo vertical. Debido a esto, es preferible tener una gran cantidad de cortadores colocados en el área de la nariz. Parte angular de la barrena o ahusado ("Taper”) La longitud de la parte angular de la barrena es usualmente gobernada por el requerimiento de la densidad de corte, y su aplicación. Sin embargo, una vía alterna para lograr una alta densidad de corte sin incrementar la parte angular de la barrena es la de incrementar el numero de cuchillas o aletas de corte. Las barrenas PDC utilizadas en aplicaciones de perforación direccional, tendrán por lo general un ahusado más reducido. Radio del diámetro exterior (ODR) El ODR se refiere a esa región del perfil de la barrena en donde el radio al final del flanco de la barrena, nos lleva dentro calibre de la misma. Esta región de la barrena es extremadamente importante, especialmente en aplicaciones de motor o turbina en donde las velocidades rotarias son altas, ya que los cortadores deben soportar los efectos de altas velocidades debido a su posición radial sobre la cara de la barrena. A pesar de la velocidad angular de los cortadores en el calibre de la barrena es idéntica a la velocidad angular de los cortadores en los conos, la velocidad tangencial es mayor, ya que es una función de localización radial. El calibre Longitud: Generalmente estándar, la longitud del calibre es un compromiso entre estabilidad y sensibilidad direccional. • Un calibre largo provee incremento de estabilidad de barrena. • El diseño de calibre corto es utilizado para incrementar la sensibilidad direccional y el ultracorto para la capacidad de perforar hoyos de desvío lateral (side tracking). Protección: Mantener el diámetro completo del calibre, es crucial para evitar un agujero de tamaño menor a lo normal. Si la barrena es usada para aplicaciones direccionales, especialmente si un motor o turbina va a ser utilizado, la protección reforzada al calibre será más necesaria. Los diamantes naturales son utilizados para la protección de tamaño en las barrenas de cuerpo matriz, pero también pueden ser utilizados en insertos de carburo de tungsteno, en el calibre de barrenas de cuerpo de acero. Las barrenas de cuerpo de acero, utilizan insertos de carburo de tungsteno. En ambos casos, los elementos impregnados de diamantes, también podrían posicionarse en la parte posterior de los dientes de la barrena y dientes de la cara para respaldarlos y para ayudar a reducir torsión relacionada a la barrena, por medio de la limitación de la profundidad de corte de los cortadores principales. Los dientes de la barrena deberían ser de forma pre-aplanada.

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3.2.2 Acción cortadora de la barrena PDC

Las barrenas PDC perforan, cortando la formación por fuerza cizallante, bastante parecida a la acción cortante de un torno. Las cargas compresivas verticales causa que la roca falle deslizándose a lo largo de un plano de falla de aproximadamente 4º a horizontal. La acción cortadora de una barrena, juega un papel fundamental en la cantidad de energía requerida para perforar a través de una formación dada. Esta característica es generalmente presentada en término de “energía especifica”, la cual se define como la cantidad de energía requerida para cortar una unidad de volumen de formación. Una barrena que hace fallar la roca por acción cizallante directa, antes que utilizar altas cargas compresivas para causar que la roca falle por cizallamiento a lo largo de su plano de falla natural, tiene una energía específica más baja. Como regla general, la fuerza cortante es aproximadamente un medio de la fuerza compresiva. Sin embargo esta relación puede variar, dependiendo del el tipo especifico de roca. 1.1.2.1 Desgaste auto-afilable Para mantener alta la eficiencia de energía de un mecanismo de corte tipo cizallado, es esencial que el borde cortante de los PDC se mantenga afilados. A medida que se utiliza el cortador y se desarrolla un desgaste plano, la energía especifica del cortador se incrementa, a medida que se requiera más peso, para mantener la constante profundidad del corte. Los cortadores PDC mantienen un borde afilado a medida que se desgastan, porque el carburo de tungsteno, que se encuentra directamente detrás de la capa de diamantes, se desgasta más rápido que el diamante policristalino, debido a su baja resistencia a la abrasión. Esto resulta en la formación de un labio de diamantes, el cual se mantiene afilado a través de la vida del cortador. En contraste con esto, los diamantes en una barrena de diamantes, se embotan con el uso, tomando una apariencia lisa y pulida. Los dientes en una barrera de conos, se desgastan de forma similar y pierden su eficacia con el desgaste. Esto resulta en un mecanismo cortante que se vuelve menos eficiente a medida que la barrena perfora. Consecuentemente, las barrenas de conos y las barrenas de diamante natural tienden a perforar una velocidad de perforación más baja, a medida que se desgastan, mientras que las barrenas PDC, mantienen una velocidad de perforación más alta través de todo el intervalo perforado.

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3.3 Tecnología del cortador PDC 3.3.1 El cortador PDC Termicamente estable hasta los 700 grados C., el elemento cortante PDC esta unido a un substrato de carburo de tungsteno que se encuentra fijo dentro del cuerpo / aletas de la barrena. En la mayoría de los casos los cortadores PDC se encuentran adjuntos a ya sea el poste angular o los substratos cilíndricos, a pesar de que otro tipo de ensambles, son producidos por los fabricantes. Por ejemplo, uno soporte cilíndrico significa que se puede lograr mayor densidad del cortador, ya que los cortadores cónicos pueden ser colocados más cerca el uno del otro, en el cuerpo de la barrena.

1.1.2.1.1 EL CORTADOR PDC 3.3.2 Densidad del cortador Hablando de forma general, mientras más duras y / o más abrasivas sean las formaciones, más alta será la cantidad de cortadores. Sin embargo una cantidad alta de cortadores, hace a la barrena, más costosa (particularmente debido a que los componentes PDC constituyen un alto porcentaje del costo total de la barrena) y, en general, causa que la barrena perfore a una velocidad de perforación más lenta. 3.3.3 Tamaño del cortador Se encuentra disponible una variedad de tamaños de cortadores PDC desde 8mm a 50mm de diámetro. Los cortadores PDC más grandes, son más agresivos, generan más torsión y son más susceptibles al daño por impacto que las barrenas con cortadores más pequeños, de modo que son más apropiadas para formaciones blandas. • Los cortadores de 8mm han sido utilizados en barrenas para formaciones más duras. Sin embargo, los cortadores más pequeños muchas veces implican una ROP más baja y un WOB más alto. También son útiles en aplicaciones direccionales, ya que el punto de carga reducido que resulta de la distribución del WOB sobre un gran numero de cortadores, produce una torsión menor en la cara de la barrena. • Los cortadores de 13mm, son el tamaño industrial estándar, ellos son los más aplicables para formaciones desde media hasta dura, así como roca abrasiva. • Los cortadores de 16mm están muchas veces asociados con formaciones desde media-blanda hasta media-dura. • Los cortadores de 19mm están por lo general asociados con perforaciones rápidas en formaciones desde blandas hasta medias. Ha sido comprobado que los cortadores de gran diámetro, se desempeñan bien en fuerzas compresivas bajas y formaciones altamente elásticas, las cuales tienden a deformarse en vez de fracturarse.

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• Los cortadores de 24mm y más grandes están asociados con formaciones blandas. El espacio es limitado en la cara de la barrena y el utilizar cortadores grandes, la redundancia del cortador, es limitada. Cuando un cortador falla la barrena podría tener que sacarse del agujero. Adicionalmente, y a medida que los cortadores grandes se desgastan, proveen una gran superficie de contacto, la cual incrementa el calor, causando daños a la capa de diamantes. Desarrollos reciente en la tecnología de barrenas, incluyen la combinación de dos tamaños diferentes de cortadores (por ejemplo 13mm y 16mm), así como también utilizar dos diseños de cortadores, en la misma barrena. 3.3.4 Distribución del cortador Los cortadores están posicionados a través de la cara de la barrena para así asegurar el uso más eficiente de los elementos PDC y permitir el máximo de vida a la barrena. Para formaciones más duras o más abrasivas, la redundancia del cortador, ha sido optimizada.

3.3.5 Orientación del cortador La orientación de un cortador PDC en el cuerpo de la barrena, y por lo tanto, el ángulo en el cual el cortador compromete la formación, tiene un efecto significante sobre el desempeño de la barrena PDC. La orientación de un cortador PDC es definida por sus ángulos de inclinación hacia atrás y hacia los lados, pudiendo ser ambos positivos, negativos o cero. Inclinación hacia atrás El ángulo desde la vertical del elemento cortante en la PDC, en la forma en que es presentada a la formación. Esto controla la agresividad y vida del cortador.

Se dice que la inclinación hacia atrás es más agresiva cuando el cortador esta posicionado de forma que un peso dado sobre la barrena, resulta en una profundidad de corte mayor. Mientras más

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pequeña sea la inclinación hacia atrás, más agresivo será el cortador. Debido a esto un cortador con una inclinación hacia atrás de 5 grados, será más agresivo que un cortador con 30 grados. En general, una inclinación hacia atrás más agresiva, hará a la barrena más adecuada para perforar formaciones más suaves a altas velocidades de perforación. En caso de que la inclinación hacia atrás sea demasiado agresiva, entonces la perforación de formaciones más duras podría resultar en la vibración del cortador y el posible comienzo de un giro de barrena. Los cortadores con un mayor ángulo de inclinación hacia atrás, son menos agresivos y por lo tanto más adecuados para perforar formaciones más duras. Estos también generan menos torsión para un peso dado en barrena, permitiendo navegación mejorada en aplicaciones direccionales. En la mayoría de los casos, una barrena PDC será diseñada de manera que los cortadores están ordenados con varios grados de inclinación hacia atrás, radiando desde el más agresivo en el cono de la barrena hasta el menos agresivo en el ODR. Inclinación Lateral

Una medida de la oblicuidad del cortador a una linea de 90 grados hacia la dirección de viaje de la barrena. La inclinación lateral puede ser utilizada para direccionar mecánicamente los cortadores, ya sea hacia el cono de la barrena (inclinación lateral negativa) o hacia fuera hacia los espacios de desecho (positivo) para ayudar en la limpieza de la cara de la barrena. Sin embargo y ya que el incremento de la inclinación lateral resulta en la reducción del ancho operativo efectivo de los cortadores, su uso es, de alguna manera, de aplicaciones limitadas. 3.3.6 Diseño del cortador – General Desde que las barrenas PDC estuvieron disponibles por primera vez, los fabricantes se han enfocado sobre vías para hacer sus productos más resistentes al impacto y la abrasión. Las siguientes características se encuentran entre aquellas disponibles en los diseños: Bordes biselados Los bordes biselados alrededor de la circunferencia de los discos de diamante mejoran la resistencia al impacto y, cuando es llevada a los extremos, algunos fabricantes aseveran que reducen la torsión por medio del incremento efectivo de la inclinación hacia atrás, del cortador. Múltiples capas de ciamantes Los cortadores “Twin EdgeTM” de las barrenas GeoDiamond, promueven un segundo disco de PDC posicionado dentro del soporte de carburo, detrás del elemento cortante. Soportes de Impregnados de diamantes

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Las barrenas FI PDC de Security DBS, tienen principalmente elementos cortadores PDC, cuyos soportes están compuestos de una seria de discos impregnados de diamantes. 3.3.7 Geometría del cortador El disco de diamante PDC, unido al poste del cortador es susceptible a una variedad de formas de fallas. Estas incluyen daños por impacto en forma de dientes astillados o quebrados y capas de diamantes descantados o astillados, como resultado de una pobre transferencia de calor a través del cortador. Este tipo de daño del cortador, obviamente tiene un impacto sobre el desempeño de la barrena. En tiempos recientes, los fabricantes de barrenas han tratado este tema, enfocándose sobre la geometría interna de los elementos cortantes PDC. En un cortador PDC estándar, la unión entre la capa de diamantes y el sustrato de carburo, forma una simple interfase plana. Al diseñar un cortador sin interfase plana entre estos dos elementos, resultará en resistencia superior al impacto y a la abrasión. Esto es debido al mejorado agarre mecánico y esfuerzo reducido entre el disco de diamantes y el carburo así como al volumen substancialmente incrementado de los diamantes. En años recientes tales innovaciones, han permitido correr barrenas PDC en formaciones de las cuales se creía podían ser perforadas únicamente con diseños de conos e insertos o barrenas de diamantes naturales. La mayoría de los fabricantes de barrenas PDC son ahora capaces de proveer cortadores PDC, de estos tiempos. 3.4 Aplicaciones de las barrenas de cortadores fijos y características de diseño Las barrenas PDC son altamente adecuadas para formaciones blandas hasta medias-duras, generalmente no-abrasivas, de composición homogénea. Mejoras en la tecnología y en el diseño han extendido el rango de formaciones que pueden ser perforadas con barrenas PDC. Conglomerados, Rocas Cuarzosa y Rocas Volcánicas, son usualmente consideradas, no perforables con PDC. En contraste, barrenas TSP y de diamantes naturales, se desempeñan en formaciones de media a dura, tales como, calizas, dolomitas, anhidritas y arenas suavemente abrasivas, areniscas duras intercaladas y lutitas o arcillas cenagosas quebradizas. Las barrenas TSP y de diamantes naturales son efectivas en formaciones más duras (medias a duras) y más abrasivas que las barrenas PDC, pero no son tan efectivas en formaciones más blandas. Debido a su mecanismo cortante, la fuerza cortante (desgarrado), opuestamente a la acción de aplastamiento / excavación producida por barrenas de conos, las barrenas PDC requieren considerablemente menos WOB. Las barrenas de cortadores fijos son conocidas por un mejor desempeño en lodos con base aceite que en lodos con base agua, en donde las barrenas de conos, se afectan menos. Cuando los parámetros de perforación son optimizados para una formación dada, se puede esperar una considerable mejora en el ROP, cuando se compara con barrenas de conos convencionales. Sin

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embargo, estas barrenas son mucho más caras que los diseños convencionales de barrenas de conos. Por estas razones se debe llevar a cabo una evaluación económica general. Las barrenas de cortadores fijos también son una buena opción para las siguientes aplicaciones: 3.4.1 Altas velocidades de rotación Muchas veces asociadas con el motor, pero particularmente con turbinas debido a su incapacidad de los sellos de los cojinetes de las barrenas tricónicas a tolerar altas velocidades rotarias. Las barrenas de cortadores fijos también conllevan menos riesgo de dejar deshechos en el agujero. Las barrenas de cortadores fijos diseñadas específicamente para aplicaciones con turbinas, son construidas con un perfil prolongado, generalmente parabólico con un ahusado más largo y una nariz cerca del eje de la barrena. Esto permite el incremento de redundancia del cortadores en áreas de alto desgaste. 3.4.2 Perforación de agujero estrechos o de eiámetro reducido (Slim Holes) Las barrenas de cortadores fijos perforan más eficientemente que las barrenas de conos, con poco peso en barrena. Por esta razón las barrenas PDC y de diamantes naturales son muchas veces preferidas para perforación con tubería flexible, en donde la transferencia de peso a la cara de la barrena, es limitada. 3.4.3 Perforación direccional y horizontal Cuando se requiere de peso reducido en la barrena, para propósitos de perforación direccional, las barrenas PDC pueden, una vez más, ser más efectivas que los diseños de barrenas de conos. Sin embargo, en ciertas formaciones, las barrenas PDC podrían producir demasiada torsión cuando la navegación esta envuelta. En este caso, las barrenas de tres conos podrían ser la opción preferente. Cuando se selección una barrena de perforación PDC para una aplicación direccional, las siguientes características de diseño, deberán ser consideradas: • Tamaño del cortador Cortadores de PDC de menor diámetro, producen menos torsión reactiva que, digamos, cortadores de 19mm y de esta manera ayudan a la estabilidad. En general los cortadores de 13mm de diámetro y menores, son la opción preferente. El uso de características reductoras de torsión, es de particular importancia cuando las barrenas se corren junto con un motor de lodos, el cual se podría ahogar en caso de que la barrena produjera demasiados recortes. • Orientación del Cortador Altos grados de inclinación hacia atrás en los cortadores PDC, hacen el diseño de barrenas menos agresivo y por lo tanto ayudan a mantener el control de la cara de la herramienta. • Perfil de la Barrena Un perfil de cara plana, incorporando un cono relativamente poco profundo con un quiebre afilado desde la nariz del codo de la barrena, reduce la carga en puntos de cortadores individuales, al permitir mejor distribución de WOB. Esto también reduce la torsión y hace a la barrena, más navegable. • Longitud del calibre

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La longitud del calibre es muy importante cuando se selecciona una barrena para aplicaciones direccionales. En caso de que mucha navegación sea requerida, entonces una longitud de calibre pequeña de 2.50 pulgadas o menos, proveerá mejor sensibilidad. Sin embargo, si se perforan secciones largas y horizontales, una barrena con una longitud de calibre fuertemente protegida y un poco más larga, podría ser preferida. • Características adicionales de diseño Cortadores de ampliación hacia delante (o hacia atrás): posicionados en el extremo inferior de la superficie del calibre, proveen acción cortante lateral adicional. 3.4.4 Diseños de barrena bi-céntricas y excéntricas Las barrenas bicéntricas y excéntricas son diseñadas de manera que su paso por diámetro es menor al diámetro del agujero que están perforando. Esto se logra diseñando la barrena para que exista una asimetría en la estructura, así como un agrandamiento en el cuerpo, hacia un lado del eje. Cuando esta en uso, este lado agrandado, rotara junto con la barrena y cortara un agujero en medida (o ligeramente sobre medida, dependiendo del diseño y el grado de excentricidad). Sin embargo sin rotación, la asimetría permite a la barrena pasar a través de un agujero de diámetro más angosto, que el que se acaba de perforar. Algunos diseños promueven una sección cona una barrena piloto más pequeña en la punta, seguida por una sección ampliada de diámetro más grande. Las barrenas bicéntricas y excéntricas tienen una cantidad de aplicaciones y pueden ser beneficiosas cuando se esta perforando lutitas en lodazales o formaciones salinas resbaladizas. 3.5 Clasificación de la Barrena de Cortadores Fijos Al contrario de las barrenas de conos, no existe un sistema uniforme de clasificación que relaciones el tipo de barrena con la aplicación. Los códigos de la IADC para clasificar barrenas de cortadores fijos, únicamente tienen la intención de proveer los medios para caracterizar de forma general su apariencia física. Dos barrenas de con un código de IADC similar o incluso igual, podrían tener capacidades de desempeño significativamente diferentes. El sistema de clasificación de la IADC para estas barrenas se encuentra representado por un sistema de codificación de cuatro cifras. Los cuatro caracteres describen el material del cuerpo, densidad del cortador, tamaño y tipo del cortador y el perfil de la barrena, respectivamente. Material del Cuerpo M – Matriz

S – Acero Densidad del Cortador Para barrenas PDC, este carácter se relaciona a la cuenta total de cortadores, incluyendo los cortadores estándar del calibre y clasifica desde 1 (juego ligero) hasta cuatro (juego pesado). Para barrenas de diamantes en la superficie de la matríz (diamante natural, TSP o diseños de impregnado de diamantes), los números 6 a 8, son utilizados para designar la densidad de los cortadores. En este caso, no obstante, el caracter representa el tamaño de los diamantes utilizados en el diseño de la barrena, en lugar del numero de cortadores. • 6 – tamaños de diamante más grandes que 3 piedras por quilate

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• 7 – 3 piedras por quilate a 7 piedras por quilate • 9 – Más pequeño que 7 piedras por quilate En esencia, el caracter es una indicación a grosso modo, de cuan dura o abrasiva podría ser la aplicación intentada. Una barrena de diamantes sobre la superficie con un 8 representando la densidad del cortador, tendría diamantes más pequeños y sería indicada para formaciones más duras y/o más abrasivas de lo que sería para una barrena de diamantes codificada con un 6. Tamaño o Tipo de Cortador Para barrenas PDC, estos dígitos representan el tamaño de los cortadores, como sigue: • 1 – cortadores más grandes que 24mm de diámetro • 2 – 14mm a 24mm de diámetro • 3 – 8mm a 13mm de diámetro • 4 – cortadores de 8mm y menos Para barrenas con juegos en superficie, el tercer digito representa el tipo de diamante: • 1 - diamantes naturales • 2 - TSP • 3 – tipos de diamantes mezclados, es decir, diamantes naturales y elementos TSP • 4 – diseños impregnados de diamantes Perfil de la Barrena El último caracter en el sistema de codificación indica el diseño del perfil de la barrena hasta la longitud general de la cara cortante de la barrena. Clasifica desde 1 (perfil plano) hasta 4 (estilo turbina larga afilada) La única excepción a esto es para las barrenas de perforación PDC tipo “cola de pez”, cuya capacidad de limpieza durante la perforación de formaciones blandas a altas velocidades de perforación, es considerada como una característica más importante que su perfil. 4.0 Manejo de la barrena y procedimientos de conexión Se deberá tener cuidado cuando se manejen barrenas de tres conos con insertos de carburo de tungsteno y las barrenas de cortadores fijos, de todo tipo. Bajo ninguna circunstancia se deberá permitir que la estructura cortante de la barrena de cortadores fijos, entre en contacto con ninguna de las superficies de acero del equipo de perforación. Antes de la conexión inicial, todas las barrenas deben ser medidas con un anillo de medición de tamaño apropiado, es decir anillos calibrados de medición “Go” y “No Go”. Debido a que las barrenas de conos y barrenas de diamantes son fabricadas a diferentes tolerancias, es importante que las barrenas sean graduadas utilizando el anillo de medición apropiado. Un medidor “Go”, diseñado para graduar barrenas de conos, mostrara un calibre para una barrena de cortador fijo, debajo de la medida. Por lo que se deberá utilizar siempre un medidor “No Go” para graduar el calibre de una barrena de cortadores fijos. El número de serie de la barrena deberá ser registrado, junto con el tipo de barrena y el diámetro. La barrena deberá ser cuidadosamente revisada por daños, toberas bloqueadas, etc. En caso de ser necesario, se podrá modificar el TFA (Area Total de Flujo), utilizando un expansor apropiado para cambiar las toberas. En todos los casos, se debe revisar que las toberas estén correctamente colocadas. Las barrenas de diamantes naturales, barrenas impregnadas y barrenas TSP, tienen un TFA fijo, el cual no puede ser modificado en la localización del pozo.

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Las barrenas de tres conos deberán conectarse a la sarta de perforación utilizando el soltador de la barrena del tamaño correcto. Las barrenas de cortadores fijos, deberán ser “caminadas” a mano sobre el porta barrenas y conectadas al motor o sub en forma manual antes de aplicar el torque de ajuste. La torsión correcta de conexión deberá entonces ser aplicada. 5.0 PROCEDIMIENTOS PARA CORRER LA BARRENA 5.1 Barrenas de Conos 5.1.1 Metiendo Tubería • Conecte la barrena a la sarta y coloque la torsión adecuada. • Baje la barrena lentamente, entre zonas con salientes y patas de perro. • Pase la barrena lentamente por el tope del “liner”. • Las barrenas de conos no están diseñadas para ampliar agujeros de bajo calibre. En caso de que se requiera ampliar, entonces deberá ser realizado con peso ligero y bajas RPM. • Proteja las toberas de taponamiento. 5.1.2 Establecer Condiciones de Fondo • Rote la barrena y circule cuando se acerque al fondo. Esto prevendrá toberas tapadas y limpiará el relleno del agujero. • Toque el fondo ligeramente con bajas RPM. • Incremente gradualmente las RPM. • Incremente gradualmente el peso sobre la barrena (WOB). 5.1.3 Antes de volver a Correr Barrenas Verdes (reusables o en buen estado) • Asegúrese que la barrena está en calibre. • Revise la estructura completa de los cortadores, en toda barrena. • Revise los cojinetes sellados de barrena para asegurarse de la efectividad de sellado. • Hunda los cojinetes sellados de barrena en agua o diesel para soltar la formación empacada en los puertos ecualizadores de la capa de reservorio. • Vuelva a engrasar 14 ¾ de diámetro y agrande los cojinetes abiertos de barrena. 5.2 Barrenas de Cortadores Fijos 5.2.1 Preparación • Antes de correr una barrena de diamantes en un agujero, corra una canasta chatarrera con la barrena previa a fin de colectar cualquier residuo metálico o insertos dejados por barrenas anteriores. • Después de que la barrena previa ha sido sacada, revise si existen daños por desechos u otros desgastes, luego mídala. • Si la barrena previa parece OK, prepare la nueva PDC para correrla dentro del agujero. • Revise el O-ring e instale las toberas, en caso de ser apropiado, utilizando la llave de tuercas correcta, de acuerdo con el procedimiento recomendado por el fabricante. • Revise si hay daños en los cortadores

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• Revise que la barrena esta en tolerancia con el diámetro y que no existe material extraño dentro de ella. Tome nota del estado y condición general de la barrena antes de entrar en el agujero. 5.2.2 Corrida de la Barrena (con ensamblaje rotario) • Trate la barrena de cortadores fijos con cuidado. NO baje la barrena sin colocar un soporte de madera o de goma debajo de los cortadores de diamantes. • Un soltador de barrenas correcto debe ser utilizado y la barrena deberá ser conectada hasta la torsión correcta, según lo determinado por el tamaño de la conexión del piñón. • Se deberá tener cuidado al correr la barrena a través de la mesa rotaria y a través de cualquier sitio angosto conocido. Golpear las capas o correr a través de sitios angostos sin cuidado, podría dañar los cortadores o el calibre. • La ampliación no es recomendada, sin embargo y en caso de ser necesaria, levante la sarta y aplique el máximo de caudal (gasto) posible. Rote aproximadamente a 60 RPM. Avance la barrena a través del sitio angosto con no más de 4000 libras de peso sobre ella (WOB), en todo momento. • Una vez que se acerque al fondo del agujero, lavar despacio las tres últimas juntas de tubería a flujo completo y con 40 a 60 RPM, para evita taponar la barrena con los recortes acumulados. • Una vez que el fondo ha sido localizado la barrena deberá ser levantada justo por encima del fondo (+/- 1 pie, de ser posible) y se deberá circular flujo completo mientras se rota lentamente por aproximadamente 5 a 10 minutos. • Después de circular, vuelva lentamente al fondo y establezca el patrón de corte. • Cuando este listo para comenzar a perforar, incremente la velocidad de rotación a aproximadamente 100 RPM y comience a cortar un nuevo patrón de corte con aproximadamente 1000 a 1400 libras WOB. • Corte por lo menos un pie de esta manera antes de determinar el peso sobre la barrena y las RPM óptimas para perforar. • Determine los parámetros WOB y ROP óptimos, conduciendo una prueba de perforabilidad. 5.2.3 Corrida de Barrena (con PDM ó Turbina) • Arranque las bombas e incremente hasta la tasa de flujo (gasto) deseado, cuando se este cerca del fondo. • Después de un corto periodo de limpieza, baje la barrena al fondo e incremente el WOB, en forma lenta. • Después de establecer un patrón de corte, se podrá agregar más peso, lentamente. • A medida que se incrementa el peso, también se incrementara la presión de bombeo, de modo que la presión diferencial y el WOB deberán ser mantenidos dentro de las especificaciones recomendadas para el motor de fondo. • La tubería de perforación deberá ser rotada lentamente, para prevenir atrapamientos diferenciales. • Todas las demás prácticas operacionales, estarán de acuerdo con las prácticas estándar. 5.3 Pruebas de Perforabilidad Las pruebas de perforabilidad son realizadas para asegurarse de la óptima combinación de peso en barrena y velocidad rotaria para conseguir la máxima velocidad de perforación. Tales pruebas deberán ser realizadas: • Al comienzo de la corrida de una barrena • Al encontrar una nueva formación • Cuando ocurra una reducción en la ROP 5.3.1 Procedimiento de la Prueba de Perforabilidad

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1. Mantenga un valor de RPM constante. Seleccione un WOB cerca del máximo permitido. 2. Registre el tiempo de perforar un incremento de peso, por ejemplo, 5,000 libras. 3. Vuelva a aplicar el peso inicial y registre la longitud de la tubería perforada durante el paso 2. 4. A partir de los pasos 2 y 3 se podrá encontrar la velocidad de perforación. 5. Repita los pasos 2 y 3, por lo menos 4 veces. La última prueba deberá estar en el mismo valor que la primera. Repetir estas pruebas, determinará si la formación ha cambiado o no. 6. Grafique el tiempo para perforar en segundos vs. el peso aplicado sobre barrena. 7. Grafique la velocidad de perforación vs. el peso sobre la barrena 8. Seleccione el peso sobre la barrena que produjo la mejor ROP. Mantenga este WOB constante y repita lo anterior pero variando las RPM. 9. Grafique las ROP vs. RPM y seleccione la RPM que dio la mayor ROP. Esta es la velocidad rotaria óptima. 10. Estos valores obtenidos para WOB y RPM, resultarán en un progreso óptimo para esta formación en particular y el tipo de barrena. 5.4 Perforación del Cuelo Flotador y la Zapata Si se utiliza una barrena PDC, asegúrese que el equipo flotador sea del tipo perforable con PDC. La limpieza debe ser realizada con un alto WOB y bajas RPM. 6.0 DINAMICA DE LA PERFORACION RELACIONADA CON LA BARRENA Las vibraciones de fondo pueden ser extremadamente nocivas para el desempeño de la barrena y podrían también resultar en daños sobre las herramientas de fondo, como sensores de MWD/LWD y motores de lodo. Las vibraciones de fondo están ampliamente asociadas con la interacción entre la barrena y la formación que se está perforando y son, por lo general el resultado de la naturaleza, de alguna manera agresiva de los diseños de la estructura cortante de los PDC. Sin embargo, se debe recordar que estos problemas de vibración no están restringidos a corridas con barrenas PDC y que los ensamblajes con barrenas de conos pueden estar sujetos a muchos de los mismos problemas. Existen tres formas principales de vibración de fondo, las cuales, ya sea que ocurran independientes una de la otra o juntas, pueden impedir el desempeño general de la perforación: • Vibraciones Axiales • Vibraciones Laterales • Vibraciones de Torsión 6.1 Vibraciones Axiales Muchas veces denominadas “rebote de barrena”, las vibraciones axiales toman la forma de movimiento axial periódico de la barrena, en la dirección del eje central de la sarta. A medida que la barrena vibra hacia arriba y hacia abajo en el fondo del agujero, el peso aplicado a cada cortador de forma individual, cambia. La profundidad de corte de los cortadores cambia, alcanzando desde un mínimo, cuando la barrena esta en la posición “hacia arriba”, hasta un máximo, cuando la barrena esta nuevamente en fondo. Variaciones en la profundidad de corte se traducen en variaciones en la torsión. Estas fluctuaciones pueden ser una causa de vibración de torsión en la barrena, llevándonos un potencial comportamiento de atrapamiento de corrida. El rebote de barrena es generalmente más preocupante cuando se corren barrenas de conos. 6.2 Vibraciones Laterales La vibración lateral, algunas veces llamada “giro de la barrena”, es el movimiento periódico lateral de la barrena en el plano "x-y". El giro de la barrena es un fenómeno específico que ocurre cuando

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las fuerzas dinámicas penetran dentro del agujero, causan que el centro instantáneo de rotación de la barrena, se mueva de su centro geométrico. Cuando una barrena PDC gira, corta con un patrón de muti-lóbulos en el fondo vs. los círculos concéntricos vistos en el patrón de fondo de una corrida normal de la barrena. Cuando un cortador individual PDC “agarra” la formación, el centro instantáneo de rotación de la barrena es deslizado al punto de contacto cortador/formación. Esto, a su vez, crea un movimiento giratorio hacia atrás que imparte impacto de carga sobre los cortadores PDC en el lado opuesto del centro de rotación. Los daños inducidos por el giro, son generalmente causados por estas altas cargas de impacto, que provienen de detrás de los cortadores. El giro ocurre cuando es introducida una fuerza de desbalance, tal como cuando: • Se perfora un pozo inclinado. • La dureza de la formación cambia y el agujero descubierto no es perpendicular a los planos de depositación de la formación. • La sarta de perforación esta vibrando debido a estabilización inadecuada. • La suma de las fuerzas sobre los cortadores cada cortador individual tiene un componente lateral. Las primeras tres de estas condiciones son el resultado de factores fuera del control del diseñador de la barrena. Sin embargo, y en un esfuerzo para superar esto último, un gran énfasis es colocado en el balance de la fuerza y masa de los diseños de barrenas PDC. Utilizando las últimas técnicas de diseño por computador (CAD), el diseñador de barrenas puede controlar la dirección y magnitud relativa de las fuerzas sobre cada uno de los cortadores. Estas fuerzas individuales sobre los cortadores, pueden ser sumadas y resueltas en sus componentes resultantes, produciendo una fuerza axial (fuerza de peso-en-barrena), fuerza de torsión (torsión o “torque” y fuerza radial para un juego de condiciones iniciales conocidas. La fuerza radial o “fuerza de balance”, es virtualmente directamente proporcional a la fuerza axial y es por lo tanto usualmente expresada como un porcentaje del WOB aplicado en una dirección en particular. El balance de la fuerza de los cortadores se confunde muchas veces con el balance dinámico de la masa en el diseño de la barrena como tal. A medida que una barrena es rotada, se genera una fuerza que es influenciada por la distribución de masa en la barrena. Esta fuerza es proporcional a la masa de la barrena, la distancia entre el centro de la masa y el eje de rotación de la barrena y el cuadrado de la velocidad de rotación. Debido a que la mayoría de los diseños de barrenas PDC son generalmente de forma simétrica, usualmente no habrá una gran distancia entre el centro de masa y el eje de rotación. El efecto de desbalance, como resultado de la distribución de la masa de la barrena, es por lo tanto relativamente insignificante cuando se compara con la fuerza generada por la estructura cortante. Una de las formas con las cuales los fabricantes intentan superar el problema del desbalance de fuerzas, es la de hacer que la suma de las fuerzas de cargas generadas por los cortadores, tengan un cierto valor dirigido a través de una vía de medición larga de baja fricción diseñada para deslizarse a lo largo de la pared del agujero descubierto. Si el valor de esta fuerza cortadora resultante es siempre mayor que las fuerzas laterales inevitables, entonces la fuerza total siempre pasará a través del área del calibre y la barrena se establecerá por si sola, durante la perforación. La dirección de esta fuerza es limitada a un pequeño arco en la circunferencia de la barrena y empuja esta área de la barrena, continuamente contra la formación. El contacto continuo con la formación reduce las vibraciones en el agujero y previene que la barrena “camine” alrededor del agujero, es decir, impide el “giro de la barrena” mencionado arriba. Otros fabricantes intentan limitar el efecto de las vibraciones laterales colocando los cortadores de PDC, de forma tal que los cortadores en una aleta, directamente enruten los de la aleta anterior (lo contrario de estar colocados de forma convencional en una configuración en espiral, radiando desde

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el cono hasta la barrena. Esta iniciativa fue tomada por “Security DBS” en su categoría “Trac-Set” de barrenas PDC. Los surcos resultantes en la formación, que permanecen sin cortar en cada rotación de la barrena, se dice que restringen el movimiento general. Los pasadores impregnados de diamantes de respaldo, posicionados directamente detrás de los cortadores PDC en cada aleta y que son incluidos en muchos diseños, se dice, ayudan a reducir las vibraciones laterales. A pesar de que la iniciativa de cada fabricante de barrenas hacia el problema de “giro de barrena”, podría variar, todas están dirigidas a la mejora definitiva de la estabilización del diseño de barrenas. Un fabricante de barrenas, Reed-Hycalog, introdujo al mercado un tipo de barrenas PDC, cuya navegación se supone alcanza la de los diseños de las barrenas de cono. Esto se logra diseñando la barrena con un anillo de medición de 360 grados de completo contacto, que previene que los cortadores exteriores se troceen dentro de la formación. La restricción resultante en vibraciones laterales, ayuda a estabilizar la barrena, produce una torsión más homogénea y reduce el efecto de “giro de la barrena”. Así como la mejora de la sensibilidad direccional, el uso de la barrena ayuda a producir un agujero más homogéneo. 6.3 Vibraciones de Torsión y Atrapamientos de Corrida Viéndolo de forma simple, la fuerza de torsión es causada cuando una punta de un objeto es torcida mientras que la otra punta es mantenida firme o cuando son torcidas en direcciones contrarias Las fluctuaciones en la torsión dentro del agujero pueden conllevar al desarrollo de vibraciones de torsión. Existen dos tipos básicos de vibración de torsión a las cuales esta sujeta la sarta de perforación: • Vibraciones transitorias, que corresponden a los cambios de las condiciones dentro del pozo, por ejemplo, tipos de litología entrecruzados. • Vibraciones estacionarias que son auto-inducidas a través de acciones sobre la sarta de perforación, como por ejemplo fuerzas de fricción entre la tubería y la pared del agujero, cambio en el peso sobre la barrena o de los estabilizadores que se cuelgan. Las vibraciones de torsión de la sarta de perforación ocurren frecuentemente. Cuando se convierten en severas, pueden empeorarse y convertirse en oscilaciones de atrapamiento de corrida, por medio de lo cual la barrena podría dejar de girar hasta que se desarrolla la torsión suficiente en la barrena, para superar la fricción estática. Cuando la barrena paralizada logra soltarse, lo hace a velocidades rotacionales que van desde 2 a 10 veces la velocidad rotacional en superficie. Al momento de soltarse, una onda de torsión viaja desde la barrena de perforación, a través de la sarta de perforación, hasta la superficie. El equipo de perforación refleja o rebota esta onda de regreso a la barrena, que una vez más, se paraliza. Este ciclo se repetirá, a menos que los parámetros de perforación sean ajustados para interrumpirlo. Durante vibraciones de torsión severas, es posible que la barrena gire hacia atrás. En formaciones de rocas duras, esto puede dañar la barrena en un corto espacio de tiempo. Las vibraciones de torsión de la sarta de perforación pueden identificarse por medio de las oscilaciones cíclicas de la torsión en superficie, en la corriente de entrada para el motor de la rotaria y algunas veces la velocidad de rotación. También pueden observarse variaciones cíclicas en la presión del tubo vertical. El atrapamiento de corrida causa oscilaciones de torsión y velocidades de rotación a lo largo de toda la longitud de la sarta de perforación.

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Estos periodos de oscilación y el comportamiento cíclico de torsión, medidos en superficie, son buenos indicadores de vibraciones de torsión en la sarta de perforación. Las características de la oscilación dependen de la longitud y peso de la tubería de perforación, las propiedades mecánicas del sistema de perforación, la velocidad de rotación en superficie, y la naturaleza y ubicación de la fricción dentro del agujero. Al utilizar los valores máximos, mínimos y promedio de la torsión en superficie, uno podría deducir la extensión del movimiento de atrapamiento de corrida, de la barrena. Reducir el peso sobre la barrena y/o reducir la velocidad de rotación, puede ayudar a remediar el problema. En casos severos, se podrían requerir modificaciones de las propiedades de lubricación en el sistema de lodos. Las vibraciones de torsión de la sarta de perforación y en particular las oscilaciones de atrapamiento de corrida son perjudiciales para la vida de la sarta de perforación y la barrena. Las oscilaciones de torsión cíclicas pueden llevar a fallas por fatiga prematuras en la tubería de perforación. Hay muchas ventajas a ser reconocidas al reducir o eliminar las oscilaciones de atrapamiento de corrida. La fase de “atrapamiento” del atrapamiento de corrida, incrementa la probabilidad de tener una tubería atrapada y una partición por torsión al continuar rotando, mientras que la fase de “corrida” es dañina para la barrena debido a las altas velocidades de rotación que pueden ser alcanzadas por la barrena al momento de soltarse lo que conllevaría al desenrosque las conexiones. 6.3.1 Predicción y Monitoreo de Vibraciones de Fondo Hoy en día se tienen disponibles paquetes de análisis y de cálculo (software) que cuando son utilizados apropiadamente, pueden ayudar a predecir la probabilidad de que ocurran vibraciones de fondo. Parte del software de diseño de BHA, el modulo de “Sperry-Sun's 'WhirlTM”, puede predecir, para un BHA y una geometría de pozo dada, las combinaciones de peso en barrena y velocidades rotarias que probablemente exciten al BHA a frecuencias de resonancia e induzcan el “giro de la barrena”. Esto provee la oportunidad, en la etapa de diseño del BHA, ya sea de, cambiar el diseño para que sea más tolerante o proveer al perforador con un juego de parámetros que debe evitar. Un número de compañías de servicio han desarrollado herramientas de fondo que permiten que los niveles de vibración sean medidos en tiempo real. Un ejemplo de estas herramientas es el Sensor de Dinámica de Sarta de Perforación “Sperry-Sun's MWD”. La herramienta consiste en un paquete de un acelerómetro triaxial montado en una herramienta de Rayos Gamma Dual modificada, eliminando la necesidad de un medidor MWD adicional, en la sarta. Los acelerómetros están orientados con el eje Z a lo largo de la sarta de perforación, el eje X alineado lateralmente y el eje Y a 90 grados de los otros dos ejes pero tangencial a la sarta de perforación. Esta configuración permite a la herramienta monitorear las vibraciones axiales, laterales y de torsión, a medida que ocurran. La información de aceleraciones promedio, máximas e instantáneas, en tiempo real, pueden ser utilizados para interpretar y analizar las vibraciones dentro del pozo, e indicar la existencia de comportamiento de posible atrapamiento de corrida, giro de la barrena y rebote de la barrena, para la oportuna toma de acciones correctivas. 7.0 IDENTIFICACION DE PROBLEMAS DE PERFORACIÓN Las tres fuentes mayores de información durante la perforación, son las presiones (diferencial y circulante), la torsión y velocidad de perforación: 7.1 Presión Diferencial

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La presión diferencial reducida indica una o más de las siguientes condiciones: • Tasa de flujo (o gasto) reducida • Fugas en la tubería • Erosión extrema de la barrena (no usual) • Peso sobre la barrena (WOB) reducido Un incremento en la presión diferencial indica una o más de las siguientes condiciones: • Aumento en la tasa de flujo (gasto) • Los cortadores han desgastado de manera que la cara de la barrena se encuentra en contacto con el fondo del agujero • Peso excesivo sobre la barrena • Gran profundidad de corte: la formación es mas blanda de lo esperado 7.2 Presión Circulante Presión de bombeo con barrena arriba del fondo El incremento de presión circulante podría ser debido a una o más de las siguientes causas: • Peso mayor del lodo o propiedades inadecuadas del lodo • Toberas de la barrena taponadas o parcialmente taponadas • Tasa de flujo (gasto) incrementada • Restricción anular La disminución de presión circulante puede deberse a una o más de las siguientes causas: • Peso del lodo más liviano • Fuga en la sarta • Reducción en la tasa de flujo (caudal o gasto) • Aire en el lodo • Mal funcionamiento de bomba 7.3 Torsión (Torque) Incremento de torsión • Cambios en los ángulos del agujero • Fuga en la sarta • Cambio de formación • Propiedades no adecuadas del lodo • Incremento en el peso sobre la barrena • Limpieza inadecuada del pozo • Falla de los cojinetes (rodamientos) en una barrena de tres conos Disminución de torsión • Cambios de formación • Cambios en la velocidad de rotación • Disminución en el peso sobre la barrena • Mejora en las propiedades del lodo • El ángulo del agujero se esta enderezando

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Torsión irregular / variable • Ampliación con estabilizador • Perforación seca • Barrena embolada • Perforación de formación arenosa • Residuos metálicos en el agujero • fugas en la tubería • WOB excesivo • Cambios en la velocidad de rotación 7.4 Velocidad de Perforación (ROP) Un incremento en el ROP podría indicar: • Cambios en la formación y/o • Perforando cerca del balance (reduciendo sobrebalance) Una disminución en la ROP puede resultar de uno o más de las siguientes condiciones: • Barrena desgastada • Los parámetros WOB, RPM o hidráulicos no están optimizados • Cambios en la formación • Agujero torcido • fugas hidráulicas en la sarta • Incremento de sobrebalance Un ROP cambiante indica una o más de las siguientes condiciones: • Φormacies intercaladas • Desgaste de Barrena • Barrena embolada • Fugas Hidráulicas • Transferencia inconsistente del WOB 8.0 CLASIFICACION DE BARRENAS DESGASTADAS Un aspecto importante del mejoramiento del desempeño es el reporte de toda la información perteneciente a la corrida de la barrena. Ambos, el ingeniero de perforación y el fabricante de la barrena, por igual, utilizaran esta información para: • Mejorar la selección de barrenas en pozos futuros • Mejorar el diseño de barrenas Junto con el grado final de desgaste de la barrena en si, los siguientes factores deberán ser registrados con exactitud: • Longitud (en pies) perforados • Velocidad de perforación • Parámetros de perforación promedio, máximos y mínimos (WOB, RPM, tasa o gasto de flujo). • Propiedades del fluido de perforación (tipo, densidad, viscosidad, etc.). • Tipo de mecanismo de perforación (rotatorio, sistema rotatorio navegable, con motor, etc.). • Porcentaje de navegación para la corrida • inclinación, azimut y velocidad de incremento angular o de giro • Tipo de formación • Topes de formación

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8.1 Sistema de Clasificación de la IADC para Barrenas Desgastadas La tabla de clasificación de la IADC para barrenas desgastadas permite registrar ocho factores o criterios de evaluación del desgaste. La tabla aplica tanto para barrenas de conos como para barrenas de cortadores fijos, a pesar de que existen diferentes códigos de desgaste para cada una. ESTRUCTURA DE LOS ELEMENTOS CORTANTES B G OBSERVACIONES

FILAS INTERNAS

FILAS EXTERNAS

CARÁCT. DESGASTE LOCALIZ

COJINETE Y

SELLO

1.2 CALIBRE

EN 1/16”

OTRAS CARCAT

RAZON PARA SACAR

8.1.1 Desgaste de la Estructura de los Cortadores / Elementos Cortantes Para ambas barrenas el desgaste es medido en una escala desde 0 (cero desgaste) hasta 8 (perdida total de la estructura de corte). Cuando se clasifica una barrena PDC, es importante recordar que los cortadores deberán ser clasificados bajo la condición del compacto de diamante visible, sin importar la forma o exposición del cortador. Por ejemplo, si al comienzo de la corrida de la barrena, un cortador PDC tiene un 50% del compacto de diamantes expuesto por encima de la altura de las aletas, y después de la corrida, todo el diamante expuesto “utilizable” ha sido desgastado, entonces la clasificación correcta de desgaste para el cortador será “4” – igualando el 50% desgastado. Un error común sería el de clasificar el desgaste en dicho cortador como con un valor de “8”. Para barrenas de Diamantes Naturales, TSP e Impregnada de Diamantes, el desgaste es determinado comparando la altura del cortador visible inicial (o, en el caso de diseños Impregnados, altura inicial de las aletas), con la cantidad remanente, después de la corrida de la barrena. Es por lo tanto importante recordar inspeccionar y medir la estructura de elementos cortantes, antes de correr la barrena.

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8.1.2 Localización del desgaste de los cortadores para Barrenas de Conos Cuando se entra al área de características de embotamiento para barrenas de conos, los siguientes códigos, junto con el número del cono (es decir, 1, 2 ó 3), se deberán utilizar así: N = Fila de Nariz M = Fila del Medio G = Fila del Calibre A = Todas las Filas 8.1.3 Códigos de Localización para Barrenas de Cortadores Fijos CONO / NARIZ

HOMBRO / ”TAPER”

1.1 CALIBRE

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Códigos de Clasificación de la IADC para Barrenas Desgastadas

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8.1.5 El Calibre Debido a que las barrenas de conos y las barrenas de diamantes son fabricadas hasta distintas tolerancias, es importante que las barrenas sean calibradas utilizando el anillo medidor apropiado. Si se calibra una barrena de cortadores fijos que está en calibre con un medidor tipo “Go”, diseñado para calibrar las barrenas de conos mostrará la barrena estar bajo-calibre. Se deberá utilizar siempre un medidor “No Go” para calibrar las barrenas de cortadores fijos. 8.2 Condiciones de Barrenas Usadas / Causas / Tablas Remediales 8.2.1 Barrenas de Conos Condición del Desgaste Posible Causa Posibles Soluciones

Desgaste excesivo de los cojinetes

Velocidad excesiva de rotación Tiempo excesivo de rotación WOB excesivo Exceso de arena en el sistema de circulación Lastra barrena desestabilizada Tipo de barrena inapropiado

Disminución de RPM Reducción de las horas de rotación WOB más ligero Remoción de arena del sistema circulatorio Estabilización de lastra barrenas Uso de un tipo de barrena para formaciones más duras y con una estructura de cojinetes más fuerte

Quiebre excesivo de dientes

Tipo inapropiado de barrena Procedimiento de arranque inadecuado para la barrena nueva WOB excesivo

Uso de un tipo de barrena para formaciones más duras y con una mayor cantidad de dientes Uso del procedimiento de arranque apropiado para la nueva barrena WOB más ligero

Desgaste desbalanceado de dientes

Tipo inapropiado de barrena Procedimiento de arranque inadecuado barrena nueva

Uso de tipo diferente de barrena basado en las filas de dientes que están excesivamente desgastados en la barrena embolada. Uso apropiado de procedimiento de quiebre para la nueva barrena

Desgaste excesivo de dientes

Velocidad excesiva de rotación Tipo de barrena inapropiado Uso de un tipo de barrena con dientes sin recubrimiento

Disminuya la velocidad de rotación Utilice un tipo de barrena para formaciones más duras y con una mayor cantidad de dientes Use un tipo de barrena que tenga dientes recubiertos

El fluido corta los dientes y conos

Tasa de flujo (gasto) excesiva Exceso de arena en el sistema de circulación

Reducción en tasa de circulación Remoción de arena del fluido de circulación

Deslizado debido al embolamiento

WOB excesivo Tipo inapropiado de barrena Tasa de flujo insuficiente

WOB más ligero Use un tipo de barrena para formaciones más blandas con dientes más espaciados Incremente tasa de flujo

Excesiva disminución de calibre

Tipo inapropiado de barrena Tiempo excesivo de rotación

Use una barrena que tenga mayor protección contra la disminución de medidas Reducción de horas de rotación

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8.2.2 Barrenas de Cortadores Fijos Condición del Desgaste Posible Causa Posibles Soluciones

Diamantes pulidos

Rotando en una formación dura sin perforar

Adicione WOB o seleccione una barrena con diamantes / cortadores más pequeños

Diamantes rotos

Estabilización inadecuada Vibraciones anormales Manejo inadecuado

Corrija la estabilización Reduzca la vibración, cambiando el RPM Manejo adecuado

Diamantes trasquilados Arranque inadecuado ó Cortadores de Naríz partidos

Corrija procedimiento de arranque, limpieza de fondo,

Diamantes quemados (aplanados)

Enfriamiento inadecuado Incremente el la tasa de circulación para mejorar el enfriamiento

Barrena quemada

Sobrecalentamiento como resultado de taponamiento y / o embolamiento

Cuide que exista la hidráulica apropiada

Revisión de calor de los soportes de la PDC o el cuerpo de la barrena (matriz)

Sobrecalentamiento

garganta desgastada

Fragmentos de formación dura rodando dentro de la garganta

Hidráulica apropiada

Perdida de Calibre (Tamaño)

Largos intervalos ampliados con enfriamiento inadecuado, debido a los espacios taponados con desechos

Mientras este ampliando, reduzca las RPM y el peso sobre la barrena

daños por desechos

Desechos en el agujero justo delante de la primera barrena de diamantes utilizada

Limpie el fondo sobre la barrena previa, corra con ella la canasta chatarrera en la sarta

9.0 ACTIVIDAD ECONOMICA DE LA CORRIDA DE BARRENAS A pesar de que las barrenas de perforación contribuyen sólo con una fracción del costo del equipo en general, ellas pueden ser el elemento más crítico en el cálculo de la actividad económica de la perforación. El costo de una barrena PDC o una barrena de diamantes podría ser muchas veces el de una barrena de conos dentados y con esto se vuelve evidente que el uso de diseño de barrena más costoso debe ser económicamente justificado a través de un desempeño superior. El método aceptado de evaluar el desempeño de barrenas en términos económicos, es el de calcular el costo por pie (o por metro) perforado. Ya que una barrena PDC es considerablemente más

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costosa que una de conos, es evidente que la barrena PDC debe compensar dicho costo adicional perforando más rápido y / o perforando más tiempo. La siguiente fórmula es utilizada para calcular el costo por pie perforado: C = R (T + D) + B F Donde: C = costo de perforación por pie ($/pie) R = costo operativo del equipo de perforación ($/hr) T = tiempo de viaje (hr) D = tiempo de perforación (hr) B = costo de barrena ($) F = pies perforados (pies) La fórmula de perforación costo-por-pie, es válida para cualquier tipo de barrena. La fórmula puede ser usada después de correr una barrena con datos de desempeño real para calcular un costo por pie real o puede ser utilizada antes de correr una barrena, con valores supuestos para calcular un costo por pie proyectado. Una proyección de costo por pie para una barrena propuesta, es usualmente comparado al costo por pie real, obtenido de pozos vecinos (o de prueba). Cuando se propone una barrena PDC en un área en donde normalmente se corren barrenas de conos, puede ser útil realizar un análisis de igualdad (break-even) para identificar el nivel de desempeño (en términos de longitud y horas). En este caso una barrena PDC tendrá que lograr tener un costo total de perforación igual al de las barrenas de conos. A continuación se presenta un ejemplo de un análisis de igualdad para una barrena PDC: Datos de desempeño en un pozo vecino (o de prueba) Tiempo total de rotación = 100 hrs. Tiempo total de viaje = 45 hrs. Costo operacional del equipo de perforación = $500 hr Costo total de la barrena = $16,000 Total de pies perforados = 3,750 ft Utilizando la ecuación de costo de perforación, el costo por pies logrado en esta sección del pozo vecino (o de prueba), es calculada en US$23.60/pie. Si una barrena PDC puede resultar en el mismo valor, estará en “igualdad”. En caso de que un desempeño mejor pueda ser razonablemente esperado, el uso de una PDC puede ser económicamente justificado. El análisis de igualdad requiere que el desempeño de la barrena PDC sea estimado. Este desempeño puede ser calculado de dos maneras distintas:

1. Longitud (en pies) supuesta Si la longitud se supone equivalente a 3,750 pies se debe calcular la velocidad de perforación de la barrena para conseguir un costo-por-pie de US$23.60/pie o menos. Usando la fórmula: ROPBE = R. C - (R x T + B) / F Donde: ROPBE = velocidad de perforación en igualdad C = costo de desalineamiento por pie ($/pie) T = tiempo de viaje para la barrena PDC ($) B = costo de barrena propuesta ($) F = Longitud asumida (pies) R = costo operacional del equipo de perforación ($/hr)

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Utilizando los datos de desempeño del pozo vecino (o de prueba), previamente presentados y las siguientes suposiciones para la barrena propuesta se puede calcular una velocidad de perforación así: T= 10 hr B= $28,000 F= 3,750 pies En este ejemplo, la barrena propuesta tendrá que perforar el intervalo con una velocidad de perforación de al menos 34 pies/hora, para justificar su uso.

2. Velocidad de Perforación Supuesta

Si la velocidad de perforación es supuesta, se puede calcular longitud mínima que la barrena debe perforar para ahorrar dinero al operador. La formula derivada en este caso, es: FBE = R x T + B. C - R / ROP Donde: FBE = longitud en igualdad (pies) ROP = velocidad de perforación asumida (pies/hr) Asumiendo una velocidad de perforación de 45 pies/hora, la barrena propuesta debe perforar 2,287 pies para quedar por igual con el pozo vecino (o de prueba).