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Equipos y Herramientas de Perforación de Pozos

Equipos de Perforación: Sistema de RotaciónIng. Juan Carlos Sabido Alcántara

Ingeniero Petrolero

Facultad de Ingeniería UNAM

Ing. Juan Carlos Sabido Alcántara Equipos y Herramientas de Perforación de Pozos 2

Equipos de Perforación – Sistema de Rotación

•El sistema de rotación es el encargado de hacer girar labarrena y la sarta de perforación para perforar el pozo.Los componentes de éste sistema varían de un autor aotro, algunos incluyen la tubería de perforación, loslastrabarrenas o Drill Collars, la tubería pesada o HeavyWeight y la barrena, otros sacan todos estos elementosy se refieren únicamente a los componentes mecánicoscomo son la mesa rotaria, el cuadro y la flecha o Kelly, yen su caso el Top Drive.

Equipos y Herramientas de Perforación de Pozos 3Ing. Juan Carlos Sabido Alcántara


• Mesa Rotaria: La mesarotaria se encuentra en elpiso de perforación sobre elpozo. Para rotar la sarta deperforación se utiliza lamesa rotaria, el bujeprincipal y el buje de laflecha. Desde el gancho, launión giratoria y la flecha seencuentran enroscadas enla tubería de perforación.



• Flecha o Kelly: Es untramo de tubería,generalmente de formacuadrada o hexagonal,tiene una longitud de 12[m], cuya función estransmitir el movimientode rotación de la mesarotaria a la sarta deperforación.



• Flecha o Kelly: En elextremo inferior tiene unelemento llamado KellyBushing, este es el que seembona directamente ala mesa rotaria en elllamado Master Bushing.



• Flecha o Kelly:



• Cuñas: Las cuñas no son unelemento que de rotación ala sarta, sin embargo esconveniente mencionarlasen este punto puestrabajan directamentesobre el Master Bushing. Sufunción es la de cargar todala sarta de perforaciónmientras se hacen lospreparativos para conectarotro tramo de tubería.



•Cuñas:



• Kelly Spinner: Es eldispositivo en el que seenrosca la flecha kelly en laparte superior, dichoelemento está acoplado aotro elemento llamadoUnión Giratoria o Swivel(sistema circulatorio) y queva colgado del gancho(sistema de izaje).



• Top Drive: El sistema del TopDrive, o TDS, reemplaza lamesa rotaria, la flecha y launión giratoria. Está colgadodel gancho en el bloqueviajero (sistema de izaje)además de agregar unsistema de rieles sobre elmástil (sistema de izaje). Unmotor para trabajo pesadomontado en el Top Driveprovee la potencia necesaria.



• Top Drive: La lingadasuperior se enroscadirectamente al Top Drive.El Top Drive hace rotar lasarta de perforación y labarrena directamente. Estoelimina la necesidad de unamesa rotaria giratoria y laflecha. Debido a su diseñoel Top Drive sirve paraagilizar las operaciones deperforación.



•El programa de la asignatura contempla abordar el temade barrenas y tuberías una vez que se ha terminado derevisar los sistemas de los equipos de perforación, sinembargo por conveniencia académica los agregaremoscomo elementos del sistema de rotación.



•Barrenas: La perforación rotatoria requiere de unabarrena siempre, es el elemento que conjunta elresultado de todos los esfuerzos suministrados porcada sistema de los equipos de perforación paraconseguir la “destrucción” de miles de metros de rocapara conectar un yacimiento con la superficie.



•Barrenas: Aunque su costo no es el más representativoen el total de la inversión económica de perforación deun pozo, su rendimiento es de gran relevancia paraoptimizar los recursos económicos, si una barrena no esbien seleccionada va a provocar incremento de lostiempos de perforación, accidentes mecánicos,desviación de trayectorias, entre otras.



•Barrenas: En el mercado existe una gran variedad debarrenas destinadas a diferentes objetivos, de variosdiámetros, configuraciones y marcas. Como Ingenierosde perforación se deben de conocer los tipos debarrenas, su función, su comportamiento y el tipo decorte que hace sobre la roca.



• Barrenas: Las barrenas funcionan con base en dos principios,el primero consiste en fallar la roca venciendo sus esfuerzosde corte y el segundo venciendo los esfuerzos decompresión.

• Para esto las barrenas atacan la formación incrustando susdientes y posteriormente desplazándose con la rotacióndentro de la misma, logrando así el corte de la roca.

• El segundo caso ocurre cuando la barrena por medio delcizallamiento generado por los cortadores vence laresistencia de la roca.



• Barrenas: La forma de ataquedependerá del tipo y dureza dela roca que se desea cortar. Porejemplo, las formacionessuaves requieren de unabarrena de dientes, ya que esetipo proporciona un ataque depaleado y escareado ideal paraformaciones suaves. En el casode una formación más dura loideal es usar barrenas dearrastre.



•Barrenas: De lo anterior concluimos que tenemos dostipos fundamentales de barrenas.


CLASE CARACTERÍSTICAS TIPOS

ARRASTRE Los cortadores forman parte integral

de la barrena

1. Cortadores de acero

2. Diamantes naturales

3. PDC

TRICÓNICASLos cortadores están unidos a tres

piezas cónicas que giran alrededor

de su eje

1. Dientes maquinados

2. Insertos


•Barrenas: En el mercado existe una gran variedad debarrenas destinadas a diferentes objetivos, de variosdiámetros, configuraciones y marcas. Como Ingenierosde perforación se deben de conocer los tipos debarrenas, su función, su comportamiento y el tipo decorte que hace sobre la roca.



• Barrenas Tricónicas: Como sunombre lo dice, cuentan contres conos, mismos que girande manera independientesobre su propio eje, pueden serde dientes fresados de acero ode insertos, comúnmente decarburo de tungsteno. Tambiéncambian en función de susistema de rodamiento quepuede tener balero estándar,balero sellado o chumacera.



•Barrenas Tricónicas: Susprincipales componentesson la estructura cortadora,los cojinetes y el cuerpo dela barrena.•Como ya se mencionó, se

clasifican en barreas condientes maquinados y enbarrenas de insertos.



• Barrenas Tricónicas: Lasbarrenas con dientes de acerose utilizan en formacionesblandas con baja resistencia ala compresión. Las que poseeninsertos se utilizan paraperforar formaciones que vande semiduras a durassemiabrasivas y durasabrasivas.



•Barrenas Tricónicas: Dientes Maquinados


Formaciones Descripción

Blandas (Dientes largos)

Dientes largos y bastantes espaciados, lo que favorece laacción de incisión y paleo para obtener altosritmos de penetración; utilizando poco peso sobre labarrena y altas velocidades de rotación.

Medianamente Duras (Dientes intermedios)

Se requiere mayor cantidad de dientes, de longitudintermedia y espaciamiento moderado. Estaconfiguración ofrece mayor resistencia y permiteaumentar el peso aplicado sobre barrena.

Duras (Dientes cortos)

Dientes bastante cortos y con poco espaciamiento; afin de lograr la resistencia necesaria para triturar laroca, aplicando altos pesos y bajas velocidades derotación.

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•Barrenas Tricónicas: Insertos


Formaciones Descripción

Blandas (Dientes afilados)

Es el mas efectivo en formaciones relativamenteblandas. Es más resistente, por lo tanto rota mayortiempo a una ritmo de penetración competitivo.

Fracturadas y/o Intercaladas (Forma cónica)

Incrementan la capacidad de carga de los cojinetes, lo que lo convierte en el cortador ideal para formaciones con fracturas e intercalaciones de arena.

Medianamente Duras (Dientes acincelados)

Para perforar formaciones poco duras con barrenas cuya geometría se diseña para que ejerzan una acción moderada de paleo y raspado.

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•Barrenas Tricónicas: En formaciones blandas se utilizandientes largos y agudos, con excentricidad en los conos.En este tipo de formaciones se recomienda perforar conpoco o moderado peso sobre barrena y alta velocidadde rotación RPM, ya que el exceso de peso evita lalimpieza de los dientes y ocasiona el embolamiento dela barrena.



•Barrenas Tricónicas: En formaciones menos blandas seutilizan dientes largos y agudos, con excentricidad enlos conos. En este tipo de formaciones se recomiendaperforar con poco o moderado peso sobre barrena yalta velocidad de rotación RPM, ya que el exceso depeso evita la limpieza de los dientes y ocasiona elembolamiento de la barrena.



• Barrenas Tricónicas, Excentricidadde los conos:

• Se refiere al ángulo o espacio deseparación que forman los ejesde rotación de los conos conrespecto al eje de rotación de labarrena. La excentricidadpermite que el cono se detengaperiódicamente cuando labarrena gira alrededor de su eje.Este efecto hace que seincremente la velocidad depenetración



• Barrenas Tricónicas, Cojinetes ysellos:

• Los cojinetes funcionan comoejes alrededor de los cuales giranlos conos. Estos elementos sediseñan tomando en cuenta lavelocidad de rotación (RPM) y elpeso sobre la barrena (WOB).

• El sello generalmente es unelastómero el cual no permite elcontacto entre el fluido deperforación y la parte interna delcono.



•Barrenas Tricónicas, Cojinetes y sellos:

•En general se tienen de baleros sellados y no sellados, ylos de chumacera.


TIPO CHUMACERA

SELLADOSNO SELLADOS

TIPO BALEROS


• Barrenas Tricónicas, Cojinetes y sellos:

• Cojinete de Rodillos: Los cojinetes de rodillos soportangrandes pesos sobre barrena y bajas revoluciones porminuto puesto que las cargas se distribuyen de manerapuntual en los rodillos. Estos cojinetes se utilizan en tamañosde barrenas superiores a 12 ¼”.

• Cojinete de Fricción: Las chumaceras soportan altasrevoluciones por minuto y bajos pesos sobre la barrenadebido a que las cargas se distribuyen de manera uniformeen la superficie del cojinete.




• El cojinete de baleros estándar ono sellado es lubricadodirectamente por el lodo deperforación y la función de lasesferas o bolas es servir decandado al cono, el de balerossellado es lubricadointernamente desde undispositivo aislado del lodo deperforación.




• La chumacera sellada es unsistema de rodamiento de largavida, está balanceado con unaestructura de corte de insertosde carburo de tungsteno cuyaduración puede ser de muchashoras. Es lubricada internamentedesde un dispositivoperfectamente aislado del lodode perforación.



•Barrenas Tricónicas, Clasificación IADC Tricónicas:

• La asociación internacional de contratistas deperforación (por sus siglas en inglés, IADC), desarrolloun método de clasificación de las barrenas tricónicas,con el cual se nombra de una manera estándar cadabarrena. El sistema de clasificación permite identificarlas barrenas entre los diferentes tipos que ofrecen losfabricantes.



• Barrenas Tricónicas, Clasificación IADC Tricónicas:

• La clasificación se basa en un código de tres caracteresnuméricos.• Primer Caracter (Serie de la estructura cortadora 1 - 8): Los

caracteres de esta serie indican la dureza de la formación, asícomo también el tipo de estructura de corte de la barrena, yasea dientes o insertos. La serie del 1 al 3 indica que la barrenatiene dientes de acero. La del 4 al 8 indica que tiene insertosde carburo de tungsteno (TCI). Con ésta lógica, el 1 indica quela formación será muy blanda, y el 8, que la formación serámuy dura.



•Barrenas Tricónicas, Clasificación IADC Tricónicas:

•Segundo Caracter (Tipos de estructura cortadora): Elsegundo caracter presenta una clasificación de durezadentro de la dureza definida anteriormente. Cada serieestá dividida en cuatro tipos en la mayoría de los casos.El 1 indica que es una formación muy blanda, hasta el 4que indica una formación muy dura.



• Barrenas Tricónicas, Clasificación IADC Tricónicas:• Tercer Caracter (Cojinete/ Calibre): Este caracter indica una descripción

interna y externa de la barrena. Hace referencia al diseño del cojinete ya la protección del calibre. Está dividido en siete categorías:

• 1. Cojinete de rodillo estándar no sellado.

• 2. Cojinete de rodillo enfriado con aire.

• 3. Cojinete de rodillo con calibre protegido.

• 4. Cojinete de rodillo sellado.

• 5. Cojinete de rodillo sellado con calibre protegido.

• 6. Cojinete de fricción sellado.

• 7. Cojinete de fricción sellado con calibre protegido.



• Barrenas Tricónicas,Clasificación IADC Tricónicas:

• En la tabla se resume elcódigo IADC para barrenastricónicas.

• Una barrena con el códigoIADC 123 es una barrena dedientes para formación blandade dureza media suave concojinete de rodillo o baleros.



•Barrenas de arrastre o de cortadores fijos:

• Las barrenas de arrastre o de cortadores fijos adiferencia de las tricónicas no tienen componentesmóviles como los conos, están dotadas de cortadoresplanos que parecen pastillas montados sobre aletasfabricadas del mismo cuerpo de la barrena. Son muyefectivas para trabajar durante una gran cantidad dehoras.




•Existen varios tipos de barrenas de cortadores fijos,pero la mayoría están formadas por cuerpos de carburode tungsteno con cortadores de diamante policristalinocompacto (PDC). Aunque también existen de cuerpo deacero con cortadores de PDC y las barrenas de cuerpode carburo de tungsteno y PDC con cortadores dediamantes naturales o impregnados.




• La introducción de la barrenas con cortadores PDCsignificaron un cambio radical en la perforación depozos, éstas a diferencia de las barrenas tricónicas quecortan y trituran la roca, utilizan como mecanismo decorte el cizallamiento de la misma.




• Las barrenas impregnadas y de diamante natural sonaptas para formaciones semiduras y extremadamenteduras, cuya abrasividad es mediana o extremadamentealta. Las barrenas PDC son más adecuadas paraformaciones que van de blandas a duras, de baja a altaabrasividad. Las híbridas combinan la tecnología delPDC y del diamante natural.




•Existen diferentes diseños de barrenas de arrastre queen general se ajustan a los siguientes perfiles:

• C: Cono

• G: Gauge (calibre)

• T: Taper (flanco)

• S: Shoulder (hombro)

• N: Nose (nariz)




• Las de PDC han sido muy utilizadas en una grandiversidad de ambientes de perforación, sin embargo surendimiento comparado con las de conos es difícil depredecir y depende en gran medida de quien opera elequipo de perforación.



•Barrenas de arrastre o de cortadores fijos:•Por ejemplo, los carbonatos duros y las arenas abrasivas

son complicados para cualquier barrena, en dichasformaciones la de PDC se desempeñan con grandesROP (Rate Of Penetration), superiores a las de conos,pero después de un determinado desgaste esaeficiencia se cae dramáticamente. Esto provocaincrementos en el peso sobre barrena (PSB o WOB)para mantener la ROP.




•Con dicho incremento del PSB los cortadores se vensometidos a un gran desgaste, esto provoca que labarrena en lugar de cizallar la roca comience a triturarla,reduciendo así la eficiencia como consecuencia. Ademásla fricción generada por cortadores desgastados elevala temperatura y degrada el PDC.




•Con esto el ROP se ve totalmente comprometido y esentonces cuando se requiere tomar la decisión deefectuar un viaje a superficie para cambiar la barrenadesgastada, esto impacta los tiempos y costos de laperforación.



•Barrenas de arrastre o decortadores fijos:• Los componentes más

notables de una PDC sonsus cortadores y sus aletas.Los cortadores sedistribuyen a lo largo delcono, la nariz, el hombro yel calibre de la barrena.



•Barrenas de arrastre o decortadores fijos:

• Las toberas o boquillas,ranuras para recuperaciónde detritos son de granimportancia para laremoción de los recortes enla cara de la barrena.



• Barrenas de arrastre o decortadores fijos:

• El perfil de la barrena es que tanaltos o bajos están los cortadoresde la nariz con respecto al calibre(gauge). A diferencia de lasbarrenas de conos, las cualescuentan con perfiles muy similares,las barrenas de cortadores fijoscuentan con cuatro tiposprincipales. Cada uno de estos esutilizado para obtener un ciertoresultado durante la perforación ydebe ser escogido con cuidado.



• Barrenas de arrastre o decortadores fijos:• Las barrenas con un perfil

parabólico largo y medio sonutilizadas principalmente enpozos verticales, mientras quelas barrenas con el perfilparabólico corto y perfil planoson utilizadas con mayorfrecuencia en la perforaciónde pozos direccionales.




• En una barrena, el calibre esreferido a la parte más baja de laaleta y está encargada de darleestabilidad a las aletas. Existendiferentes tamaños para elcalibre, esto depende de su usoy tamaño de la misma, ya quemientras mayor sea el diámetrode la barrena mayor podrá ser lalongitud del gauge.



•Barrenas de arrastre o decortadores fijos:• Las barrenas con calibres

muy largos son utilizadasprincipalmente en pozosverticales y las de calibrescortos en pozosdireccionales, aunque estono es una regla.




•El cortador policristalino dediamante PDC se componede una tabla de diamante(negro) y un sustrato decarburo de tungsteno(gris).




• El cortador puede adoptardiferentes formas dependiendode lo que se busque perforar.Por ejemplo, si el cortador tieneuna forma más angular (cincel)tendrá una penetración másprofunda en la roca. El cortadortambién puede tener un biselque disminuya el desgastedebido la fricción.



• Barrenas de arrastre o de cortadores fijos:

• Clasificación IADC barrenas de cortadores fijos o de arrastre.

• El código también cuenta con cuatro caracteres paraclasificar las barrenas, el primero alfabético y los tresrestantes numéricos.

• Primer Caracter (Tipo de cuerpo de la barrena). En el primercaracter se muestra el material del que está fabricada labarrena. Con una “M” si es de matriz, y con una “S” si es deacero.



• Barrenas de arrastre o de cortadores fijos:

• Segundo Caracter (Dureza de la formación). El segundocaracter representa la dureza de formación. La dureza vadesde el 1 que indica que es una formación muy blanda, hastael 7 que indica que se trata de una formación muy dura.

• Tercer Caracter (Tamaño y tipo de cortador). Este caracterindica el tipo de cortador y el diámetro de las pastillas dePDC. Esta va desde durezas de formaciones muy blandas amedias. De las durezas de formaciones medias-duras aextremadamente duras ya no es utilizada la pastilla de PDC.




•Cuarto Caracter (Perfil de labarrena). Muestra el perfilde la barrena. Se utiliza el 1para perfil plano, hasta el 4que es el perfil parabólicolargo.



• Barrenas:

• La evaluación del desgaste de una barrena después deoperarla perforando el pozo es de gran importancia para laIngeniería de Perforación, porque permite definir mejor lalitología perforada, pues las formaciones provocan un daño odesgaste diferente en las barrenas, confirma si la selecciónde la barrena fue la correcta, esto considerando losparámetros de perforación durante la operación, si labarrena no fue utilizada según la especificación de la misma,evidentemente el rendimiento no será el esperado.



•Barrenas:• La literatura menciona diferentes hojas o formatos de desgaste, en

México se utilizan dos tipos, una para barrenas de PDC y otra paratricónicas. Aunque son muy similares, la hoja de desgaste parabarrenas tricónicas presenta la opción de reporte de desgaste delos baleros o sellos para cada uno de sus conos, y por obviasrazones las de PDC no.



•Barrenas:

• Para ambos casos, tiene que ser reportado el valor deldesgaste en las hileras interiores y exteriores, así como sucaracterística (dientes gastados, cortadores rotos, cortadoresastillados, etc.) y localización del desgaste (nariz, hombro,etc.).



•Barrenas:

• También se reporta el estado del calibre de la barrena, algunaotra característica del desgaste y las razones de salida, nonecesariamente se refiere a que la barrena salga dañada,puede ser porque la etapa terminó o el cambio de barrenaestaba programado.



• Barrenas:• Se trata de una barrena con

uno o más conos quemuestran fisuras, pero losconos permanecen en sulugar. Es causadoprincipalmente por laaplicación de excesivo PSB,tiempo de uso fuera de losparámetros, impactoscontundentes y frecuentes, fatiga térmica o por elambiente de perforación.



• Barrenas:• Presenta la obstrucción de

uno o más canales de flujoque disminuye o impide elflujo de lodo. Puede sercausada por:

• Tipo de formación• Barrena con muchas aletas• Pobre diseño hidráulico• Intercalaciones litológicas• Alto WOB• Baja tasa de flujo



•Barrenas:



•Barrenas:

•Hasta aquí hemos revisado lo más básico de lasbarrenas, el tema en sí podría llevarse buena parte delsemestre, además de que como ya hemos mencionadoen repetidas ocasiones, depende de muchos factores,por lo que su análisis completo debe hacerse integralcon los diferentes elementos que intervienen en laperforación de pozos.



•Sarta de Perforación:

•Así como ocurre con las barrenas, la sarta deperforación es un elemento que dependiendo del autorse considera o no, parte del sistema de rotación. Paraefectos del curso será incluido también en el sistema derotación.



• Sarta de Perforación:

• La sarta de perforación cumple con la función de transmitir larotación de la mesa rotaria o el Top Drive a la barrena,proporciona el peso requerido a la barrena y además es elmedio por el que el lodo de perforación se desplaza desde lasuperficie hasta la barrena, todo esto en su configuraciónmás básica. Si el pozo es direccional se adicionanherramientas de fondo que permiten realizar dichaoperación, sensores que envían todos los parámetrosdireccionales antes vistos (inclinación, azimuth, mD, TVD).




•Se pueden incluir registros geofísicos que se tomandurante la perforación y verlos en superficie en tiemporeal, sensores de presión y temperatura.

•Es decir, una sarta de perforación puede ser tan sencillacomo una serie de tubos conectados hasta alcanzar laprofundidad deseada, o tan compleja que incluyaherramientas de alta tecnología.



• Sarta de Perforación:• Un error común de algunos autores (sobre todo tesistas y

sus directores de tesis) es decir que la sarta de perforacióntambién cumple con otras funciones, como son lacementación de linner, corrida de registros en pozos de altoángulo y colocación tapones de cemento entre otras.Operaciones en las que sí, se ocupa la tubería de perforacióncomo medio para realizar las mismas, sin embargo enninguna de ellas se lleva barrena, por lo que pierde el sentidode sarta de perforación ya que se trata de tubos que no van arotar ni cargar peso sobre el elemento principal de corte dela roca.




• La tubería de perforación es el componente más básico de lasarta. Es el tubo que se enlaza a la flecha kelly o al top drive,tiene dos partes básicas, el cuerpo y las juntas. Las juntascuentan con roscas para enlazar cada tubo, una de las juntas seconoce como piñón y la otra como caja y deben de soportar lascargas y esfuerzos a los que se somete la tubería.



• Sarta de Perforación:• Los drill collar son tubos de gran

peso que se colocancomúnmente, hay importantesexcepciones, cerca de la barrenapara poder transmitir el pesosobre barrena requerido paraperforar. Existen de cuerpo liso yen forma de espiral, la decisiónde cuál de los dos tipos utilizartiene que ver con el concepto depegadura diferencial.




• La tubería extra pesada o HW es una tubería deperforación de mayor espesor que permiteproporcionar el peso sobre barrena requeridoeliminando drill collars, esto tiene una enorme ventajadesde el punto de vista del diseño y la ingeniería. Igualque los drill collar hay de cuerpo liso y con espiral.




•Hasta aquí solamente hemos visto los componentesmas básicos de la sarta, estos nos permiten hablarampliamente la importancia de la misma y de lasconsideraciones más importantes en el diseño, másadelante retomaremos la diversidad de herramientasque se utilizan



•Sarta de Perforación:•Durante la perforación del pozo, la sarta es el

componente que más se verá expuesto a esfuerzos detensión, compresión, presión interna, flexión, fatiga,torsión, abrasión, erosión y corrosión. Los efectos deestos esfuerzos de manera independiente o lacombinación de los mismo puede provocar gravesproblemas durante la operación: pegaduras por presióndiferencial, degollamiento, fugas o abocinamiento deconexiones y altos torques y arrastres.




• Lo anterior resulta en incrementos de tiempos y costosoperativos que impactan a la rentabilidad de losproyectos. Además de que cualquier tipo de problemaoperativo incrementa los riesgos de daños físicos alpersonal y al equipo, de ahí la gran importancia dediseñar de manera correcta la sarta.



•Sarta de Perforación:•Para diseñar una sarta se hace desde el principio de que

los esfuerzos a los que se somete deben ser siempreinferiores a las resistencias de los componentes de lamisma, consiguiendo que estos se mantengan sindeformarse hasta alcanzar su límite elástico. Esto esimportante porque cuando el límite elástico de unelemento se rebasa éste sufre una deformaciónpermanente, esto provoca una reducción muy grandede su capacidad de resistencia.




•Si no se diseña siguiendo esasimple “regla” lasconsecuencias operativaspueden ser muy grandes, yaque es en éste escenario endonde ocurren los problemasde desprendimientos y fugas.



•Sarta de Perforación:• El diseño de la sarta nos permite reducir costos y tiempos de perforación con

estos puntos:• 1. Optimizar el número de lastrabarrenas (Drill Collar DC), tubería pesada (Heavy

Weight HW) y tubería de trabajo (Tubería de Perforación TP).

• 2. Reducir el riesgo de desprendimiento o ruptura de los componentes de lasarta de perforación.

• 3. Reducir la posibilidad de pegaduras por presión diferencial.

• 4. Mantener un control sobre la verticalidad o inclinación del pozo desde el iniciode la perforación y, por lo tanto, reducir arrastres por tortuosidad del agujero.Éste punto solo aplica cuando no se llevan herramientas direccionales.



•Sarta de Perforación:• La información necesaria para el proceso de diseño y selección de la

sarta se puede resumir en los siguientes puntos:


• Profundidad total• Trayectoria y ángulo máximo• Peso sobre barrena requerido• Densidades de lodo• Factores de diseño para el

peso sobre barrena

• Factor de diseño a la tensión• Máximo margen de jalón• Inventario de tubulares y

herramientas• Tabla de especificaciones de

tuberías



•Además de lo anterior es importante la informaciónobtenida de la experiencia adquirida durante laperforación de otros pozos del campo o yacimiento,información que se puede extrapolar a los nuevospozos a fin de prevenir las diferentes problemáticasenfrentadas en dichos pozos de correlación.




•El diseño de la sarta de perforación se realiza de abajohacia arriba, es decir, lo primero es seleccionar unabarrena, después los drill collar, seguidos de la HW, estoen la configuración más simple, si se requieren deherramientas especiales entonces se deberán deconsiderar durante el diseño.




•Existen tres tipos de configuraciones de sartas deperforación y permiten mantener el punto neutro pordebajo de la sección de la tubería de trabajo. Laselección del tipo de configuración se hace en funciónde la severidad de las condiciones de operación a lasque estará sometida la sarta de perforación.



• Sarta de Perforación:• El punto neutro es el punto en el

cual la fuerza de tensión ycompresión están en equilibrio.Este punto nos indica el lugarmás débil de la sarta deperforación por lo que se diseñade forma que este punto quededentro de la tubería más fuerte,ya sean los lastrabarrenas o latubería pesada.




•Tipo 1. Es la configuración mássimple y está compuesta porlastrabarrenas y tubería detrabajo. El PSB se aplica conlos lastrabarrenas y el puntoneutro es localizado en losmismos.



•Sarta de Perforación:•Tipo 2. Esta configuración

utiliza tubería pesada porarriba de los lastrabarrenas,como transición entre estos yla tubería de trabajo. El PSBtambién se aplica con loslastrabarrenas y el puntoneutro es localizado dentro dela longitud de los mismos.




•Tipo 3. Esta configuraciónutiliza lastrabarrenasúnicamente para lograr elcontrol direccional, mantenerla verticalidad del pozo oreducir la vibración de la sartade perforación.



• Sarta de Perforación:

• Tipo 3. El PSB se aplica con loslastrabarrenas y la tubería pesada,el punto neutro se localiza en estasúltimas. Permite manejar la sartaen forma rápida y sencilla, reducela posibilidad de pegadura porpresión diferencial y fallas en lasconexiones de los lastrabarrenas.Configuración ideal paraperforación direccional.



•Sarta de Perforación:• La tubería de perforación se encuentra sujeta a

esfuerzos como el resto de la sarta de perforación. Latubería de perforación nunca debe ser usada encompresión ni debe ser utilizada para dar peso sobrebarrena, excepto en agujeros de alto ángulo uhorizontales, en donde la estabilidad de la sarta y laausencia de pandeamiento debe de ser confirmada pormedio del uso de un software de modelado.



•Sarta de Perforación:• El diseño de sartas de perforación es tema de una asignatura más

adelante en el plan de estudios de la carrera, a modo de guíaúnicamente enunciaremos la secuencia de cálculos a seguir:


1. Determinar el diámetro de los DC.

2. Calcular la longitud de los DC.

3. Determinar el cambio de diámetroadecuado entre secciones de la sarta.

4. Calcular la longitud de la HW.

5. Calcular la máxima tensión permisible y

la tensión de trabajo por sección.

6. Calcular la máxima longitud de lassecciones de tubería de trabajo.

7. Determinar la capacidad de presióninterna y colapso de la tubería detrabajo.



•A cambio de la parte de diseño que no abordaremos porcuestiones de tiempo, a partir de este punto vamos arevisar conceptos sencillos que permitirán entender lasrazones por las que se diseña siguiendo la secuenciaanterior, y la utilización de algunas herramientas que seincluyen en las sartas de perforación.



•Sarta de Perforación:• La máxima tensión permisible o margen de jalón es

importante debido a que durante la operación deperforación la sarta se puede ver atrapada dentro delpozo debido a diferentes fenómenos físicos. Estoprovoca que se someta a la sarta a grandes tensionesbuscando liberarla. Antes de tensionar es importantereconocer, de ser posible, el tipo de atrapamiento paraevitar sobre trabajar la sarta y empeorar el problema.



• Sarta de Perforación:Atrapamientos mecánicos.

• Si las arcillas se derrumban en elagujero del pozo.

• Si las arcillas absorben agua y nose derrumban en el agujero delpozo, la formación arcillosa sehincha y se acumua alrededor dela sarta lo que impide sumovimiento.



•Sarta de Perforación:Atrapamientos mecánicos.

•Una limpieza inadecuada delpozo produce unaacumulación de solidosalrededor de la barrena y delos lastrabarrenas.



• Sarta de Perforación:Atrapamientos mecánicos.• Cuando la tubería de perforación

en tensión crea una ranura en lapared del pozo, o donde ha sidocreada una pata de perro muysevera. A medida que la sarta eslevantada o bajada las unionesde las herramientas puedenquedar atrapadas. Se conocecomo ojo de llave.



• Sarta de Perforación:Atrapamiento diferencial.

• Ocurre cuando se perfora en zonasmuy permeables de baja presión, ocuando el lodo tiene demasiadadensidad generando una presiónhidrostática que provoca que losfluidos entren a la formación. Estoforma un enjarre y hace que lasarta de perforación se pegue a lasparedes del pozo causando unvacío que no deja que la sarta sepueda despegar.



•Sarta de Perforación:•Dependiendo del tipo de atrapamiento se debe de

trabajar la sarta. Una herramienta muy importante paraesto es el martillo. Se arma en la sarta de perforacióncomo si se tratase de un tubo más. Los hay mecánicos ehidráulicos, con sus respectivas ventajas y desventajas,bajar una sarta de perforación sin martillo puederesultar en un desastre con graves consecuenciasoperativas que pueden provocar la perdida total delpozo.



•Sarta de Perforación:•Otra herramienta de gran

importancia son losestabilizadores. Algunasherramientas de fondodireccionales ya los tienenmaquinados en el cuerpo,pero generalmente soncomponentes individuales quese colocan entre los DC.



•Sarta de Perforación:•Son utilizadas para estabilizar

el ensamble de fondo,reduciendo el contacto conlas paredes del pozo paracontrolar la desviación.Pueden ser herramientasfabricadas con tres aletassoldadas o integrales.




• Las funciones principales deun estabilizador son:

•Se usan como el métodofundamental para controlar elcomportamiento direccionalde la mayoría de lasherramientas de fondo.



•Sarta de Perforación:• Las funciones principales de

un estabilizador son:•Reducen al mínimo el pandeo

y las vibraciones que causan eldesgaste de los coples ydañan los componentes de lasherramientas de fondo comolos MWD y LWD.



• Sarta de Perforación:• Las funciones principales de un

estabilizador son:• Reducen el torque de

perforación al evitar que hayacontacto de los lastrabarrenascon las paredes del pozo y losmantiene concéntricos dentro deeste.• Ayuda a evitar que la tubería se

pegue por presión diferencial.


GRACIASIng. Juan Carlos Sabido Alcántara

Ingeniero Petrolero

Facultad de Ingeniería UNAM

Ing. Juan Carlos Sabido Alcántara Equipos y Herramientas de Perforación de Pozos 104

Presentación de PowerPoint - UNAM...como elementos del sistema de rotación. Ing. Juan Carlos...

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