monografia para perfo ii

8/18/2019 Monografia Para Perfo II

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

“LA SARTA DE PERFORACIÓNPETROLERA”

MONOGR

AFIA

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO MECANICOELECTRICISTA

PRESENTA:

DAVID EDUARDO MENDOZAVÁZQUEZ


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XALAPA, VER. ENERO 2011


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FIME

2

La sarta de perforació


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Dedicat!ia

A mis padres

Y a toda mi familia


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A"!adeci#ie$t%

A Di%

Por darme la oportunidad de tener esta vida, haberme regalado salud y

sabiduría, por tener la dicha de vivir esta experiencia además de ser la inspiración

espiritual.

A #i% &ad!e%

Jos !idel "endo#a $óme#

"aría %ara &á#'ue# (eón '

Padres por'ue siempre han sido y serán mi orgullo. Padre te agrade#co tus

conse)os y tu apoyo. A mi madre agrade#co por todo el amor y conse)os 'ue me

brindó, por'ue siempre fuiste la inspiración y fortale#a en todo momento y s 'ue

desde el cielo siempre fuiste t* la 'ue me guió por el buen camino.

A #i% (e!#a$%

Paris +aniel "endo#a &á#'ue#

Jos Yahir "endo#a %.

+any, gracias por todo el apoyo brindado así como tambin por los conse)os 'ue

siempre me diste. Yahir espero sea un buen e)emplo para ti y ests orgulloso de tu

hermano, siempre contarás conmigo en todo momento.


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O56eti

ue el interesado obtenga los conocimientos básicos y más indispensables

sobre la sarta de perforación petrolera/ con esto la parte interesada, entenderá

'ue es cada componente de dicha sarta, sus características así como las

funciones 'ue desempea cada componente de la antes mencionada. +e igual

forma el interesado conocerá las fallas más comunes 'ue ocurren en la sarta de

perforación.


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8


7$dice Ge$e!a*

0ntroducción ....................................................................................................... 12

#ap$t%!o &: 'eera!idades&(& Los iicios(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &)

&(* I+eier$a de perforació(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &"

&(, Teco!o+$a de !aperforació((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &-

&() Perforació rotatoria. atecedetes / caracter$sticas(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &0

1.3.1 Periodo de origen 41555617258(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &0

1.3.2 Periodo de desarrollo 41725617358(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( *1

1.3.9 Periodo científico 41735617:58((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( *1

1.3.3 Periodo de automati#ación 417:56177;8((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( *1

1.3.; Periodo de perforación


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2.3.2 "ecanismos de =orte de las barrenas tricónicas((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,1

2.3.9 Acción delcono((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,1

2.3.3 =o)inete ysello(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,&

2.3.; >ipos de rodamiento(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,*

2.3.: Almacn degrasa(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,,

2.3.? +ientes((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,)

2.3.5 >oberas((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((,"

*(" #ódi+o IAD# para 3arreas tricóicas((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,"

2.;.1 @l primer dígito.((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,5

2.;.2 @l segundo dígito.((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,5


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2.;.9 @l tercer dígito((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,-

*(5 Barreas de cortadores 67os((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ,0

2.:.1 "ecanismo de corte

((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( )1

2. :.2 arrenas de diamante natural(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( )1

2.:.9 arrena de diamante trmicamente estable 4>%P8((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( )&

2.:.3 arrenas de compacto de diamante policristalino 4P+=8(((((((((((((((((((((((((((((((((((((( )*

*(- #ódi+o IAD# para 3arreas de cortadores 67os(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ),

*(4 Barreas especia!es((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( )"

*(0 E8a!%ació de !as 3arreas(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( )"

2.7.1 +esgaste para barrenas de dientes de acero(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( )-

2.7.2 +esgaste de baleros(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( )4

*(&1 #ódi+o de des+aste para 3arreas de isertos((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( )0

*(&& #odicioes de operació de !as 3arreas tricóicas /PD#BBBBBBBBBBB...",

*(&*Lastra3arreas((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ",

#ap$t%!o ,: T%3er$a de perforació

,(& T%3er$a deperforació(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( "5

,(* Partes de !a t%3er$a((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( "-

,(, Propiedades 2ec9icas de !at%3er$a ((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( "-

,() #!asificació de !a t%3er$a((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( "4


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9.3.1 Porinspección((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( "4

9.3.2 Por longitud((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( "0

,(" Descripció de !os co2poetes de !a t%3er$a de perforació(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 51

,(5 #oeioes o %ioes de ;erra2ieta((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 5&

9.:.1 Cecal'ue((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((5*

,(- #ooci2ietos B9sicos para 2edir t%3er$a deperforació(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 5*

,(4 #a!i3ració de !a t%3er$a deperforació((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 5,

,(0 Mae7o / %so de t%3er$a deperforació((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 5)

,(&1 T%3er$a etra pesada(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 5"

9.1D.1 0dentificación de tubería pesada((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 5"

#ap$t%!o ): Otros co2poetes


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)(& Motores de fodo ipos de motores de fondo((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 54

3.1.9 "otores de fondo con codos desviadores

(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 50

3.1.3 "otor de despla#amiento positivo dirigibles 4ent housing8((((((((((((((((((((((((((((((((( -1

3.1.; @lementos delP+"(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( -&

3.1.;.1 &álvula de descarga((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( -*

3.1.;.2 %ección de potencia 4PoEer %ection8(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( -*

3.1.;.9%ección a)ustable 4entFousing8(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( -)

3.1.;.3 %ección de transmisión(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( -"

3.1.;.; %ección de rodamientos y sección giratoria 4+rive %haft section8 ((((((((((((((((((((--

3.1.;.: %ección de rodamientos 4earing section8((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( --

)(*Esta3i!i>adores(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((

(((((((((((((((((((( -4)(, Ri2adores((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( -0

)() Esac;ador


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"(& Propiedades de !os 2ateria!es(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 4-

"(&(& L$2ite e!9stico / p%to de cedecia((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 4-

"(* Pr%e3as ded%re>a((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 0,

"(, Pr%e3as o destr%cti8as(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 0)

"() A9!isis de esf%er>os a %e so2ete !ast%3er$as((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 0"

"(" Tesió(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 0"

"(5 #o!apso(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 05

"(- Torsió((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 04

"(4 Fa!!as e !a t%3er$a deperforació((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( 04

"(0 Pro3!e2as e !a perforació((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1&

"(&1 Pe+a de t%3er$a(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1&

;.1D.1 @mpa'uetamiento o puenteo((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1*

;.1D.1.2 +errumbe o hinchamiento de shales reactivos o sobre6presionados(((((((((((&1*


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;.1D.1.9 !ormaciones fracturadas o inconsolidadas(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1,

;.1D.1.3 Asentamiento o acumulaciones de cortes.((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1,

;.1D.1.; =emento o basura

(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1);.1D.2 Pega diferencial(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1)

"(&1(, 'eo2etr$a de! po>o(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1"

"(&1(,(& Pe+a de t%3er$a a! 3a7ar !a 3arrea((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1"

;.1D.9.2 Pega de tubería al sacar (((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &15

"(&& Operacioes de Rec%peració(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1-

;.11.1 Pesca(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((&1-

"(&&(* E%ipo de pesca((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1-

;.11.2.1=anasta para chatarra 4)unGbasGet8((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &1-

;.11.2.2 0mán de pesca 4!ishing "agnet8

(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &10;.11.2.9 lo'ue de impresión((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &&1

;.11.2.3 Ferramientas para moler 4"illingtools8((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &&&

;.11.2.; Hvershots((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &&*

;.11.2.:%pears((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &&,

;.11.2.? Iashover Pipe(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &&)

;.11.2.5 0ndicador de puntolibre(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &&)

;.11.2.7 "artillos 4)ars8 y aceleradores((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &&"


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;.11.2.1D .Juntas de seguridad y bumpersubs((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &&5

#oc!%sió ((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &&-

Bi3!io+raf$a (((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( &&4


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I$t!d+cci3$

@n el capítulo uno, se hace una breve resea sobre la perforación petroleraal pasar de los aos, mencionando algunos hechos importantes, además de una

breve explicación de los mtodos pioneros de perforación. +e igual forma se

menciona a grandes rasgos los componentes por los 'ue está constituida una

sarta de perforación.

@n el capítulo dos, se explica de manera más profunda lo 'ue son las

barrenas de perforación, sus funciones, así como tambin la clasificación de las

mismas. >ambin se habla tambin de los códigos 0A+= por los 'ue se rige laclasificación de las barrenas antes y despus de su utili#ación.

@n el capítulo tres se tratan las tuberías de perforación. Acerca de la tubería

de perforación se mane)an sus características así como algunas especificaciones

tcnicas.

@n el capítulo cuatro, se habla de los demás componentes 'ue constituyen

la sarta de perforación, las funciones 'ue desempea cada uno de ellos y algunas

de sus características.

Y finalmente en el capítulo cinco/ se habla sobre los tipos de fallas 'ue

pueden presentarse en una sarta de perforación. Así tambin se habla acerca del

comportamiento elástico del material de la sarta/ el acero. Y así tambin se habla

acerca de las operaciones de rescate de la sarta de perforación así como de los

accesorios 'ue se utili#an para llevar a cabo dicho rescate.


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Ca&8t+* 14Ge$e!a*idade%


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1.1 L% i$ici%@n ocasiones la b*s'ueda de aguas subterráneas trope#aba con la

inconveniencia de hallar acumulaciones petrolíferas someras 'ue trastornaban los

deseos de los interesados/ el petróleo carecía entonces de valor.

=on la iniciación en 15;7 de la industria petrolera en los @stados nidos de

Amrica, para utili#ar el petróleo como fuente de energía, el abrir po#os

petrolíferos se tornó en tecnología, 'ue desde entonces hasta hoy, ha venido

marcando logros y adelantos en la diversidad de tareas 'ue constituyen esta rama

de la industria. (a perforación confirma las perspectivas de descubrir

nuevos yacimientos, a travs de conocimientos de exploración.

@l petróleo ha sido conocido y utili#ado por el hombre durante varios aos. Fa sidoutili#ado para la construcción de vías, gasolina, y hasta propósitos cosmetológicos.

Foy en día el petróleo es refinado y tiene muchos más usos.

!ue durante el periodo de la KCevolución 0ndustrialL, 'ue sucedieron

grandes cambios. 0ndustrias 'ue han evolucionado a travs de los aos reali#aron

desarrollos 'ue re'uerían más y más energía.

A medida 'ue la sociedad comen#ó a ver el petróleo como una fuente mayor de

energía la tecnología de perforación se desarrolló rápidamente. @n menos de 1DD

aos una simple herramienta mane)ada a mano por un muelle de poste de

perforación fue transformada en un e'uipo de perforación con mesa rotatoria.


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1.2 I$"e$ie!8a de &e!)!aci3$

(a perforación de un po#o en tierra o en mar consiste en la penetración de las

diversas capas de roca hasta llegar al yacimiento.

+urante el desarrollo de la industria petrolera moderna, se utili#aban dos mtodos

básicos de perforación. Perforación asistida por cable, fue el mtodo principal

utili#ado y fue me)oramiento con respecto a la tcnica de muelle de poste. n

cable encima del agu)ero abierto del po#o, de)a caer una herramienta cortante al

fondo del po#o. (a herramienta se levanta y luego se de)a caer con pesos pesados

y era el impacto lo 'ue perforaba el po#o.

@l otro mtodo de perforación fue la perforación hidráulica rotatoria en donde la

barrena de perforación estaba conectada a un tubular 'ue era rotado por una

plataforma en la superficie.

A pesar de 'ue la perforación hidráulica fue desarrollada en los 15;DMs, la

perforación asistida por cable dominaba la industria de perforación desde los15:DMs hasta los 179DMs. (a perforación rotatoria no ganó aceptación hasta

despus de 17DD cuando un po#o fue perforado en %pindlentop, >exas a la

profundidad de 11DD pies.

@l mtodo hidráulico rotatorio representaba una venta)a en la perforación de

formaciones más blandas. A pesar del desarrollo de barrenas de roca rotatoria

en

17D7, 'ue podía perforar en formaciones duras/ le tomó 2D aos a este mtodorotatorio de perforación dominar la industria, como lo hace hoy en día.

Actualmente para perforar un po#o, se utili#a de manera general, un sistema

rotatorio 'ue consiste en hacer girar una barrena conectada a una tubería para


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taladrar la roca. (os fragmentos resultantes son llevados a la superficie a

travs


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del espacio anular formado por las paredes de la formación rocosa y la tubería

suspendidos en un fluido diseado especialmente para esta operación.

@sta operación de perforar un po#o se lleva a cabo mediante una herramienta de

denominada barrena 4figura 1.18, la cual está locali#ada en la parte inferior de la

sarta de perforación 'ue se utili#a para cortar o triturar la formación penetrando el

subsuelo terrestre. (a acción de corte de sus dientes, el movimiento rotatorio, la

carga e)ercida por las tuberías 'ue soporta, el flu)o de fluido a alta velocidad son

los elementos 'ue permiten cortar las diferentes capas de rocas.

Fig. 1.1Barr!a

(a industria clasifica generalmente a los po#os como- Kpo#os exploradoresL,

Kpo#os delimitadoresL y Kpo#os de desarrolloL.

n po#o explorador es a'uel 'ue se utili#a para determinar en donde se encuentra

el aceite o el gas en formaciones dentro del subsuelo. %i un po#o explorador

descubre aceite yNo gas se puede perforar muchos po#os para verificar 'ue

el po#o explorador encontró una trampa con hidrocarburos. n po#o 'ue

encuentra


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24/125

las situaciones 'ue se vayan presentando, por lo tanto se necesita de una

optimi#ación 'ue tiene 'ue contar con su propio ob)etivo, este ob)etivo de la

Hptimi#ación de la Perforación es K0ncrementar la eficiencia de las operaciones

involucradas en la Perforación de Po#osL.

(a operación de perforación de un po#o puede ser definida tan simple como

el atravesar las diferentes capas de roca terrestres por medio del proceso de

hacer un agu)ero 4!igura 1.28, sin embargo esta es una tarea comple)a y delicada

'ue necesita ser planteada y e)ecutada de una manera tal, 'ue produ#ca un po#o

*til y económicamente atractivo en una forma segura.

Fig. 1." Pr#$ra%i&! '(! )$*$

(as acciones empleadas durante el diseo y la operación de un po#o, son

determinadas, la mayoría de las veces, por prácticas y costumbres comunes al

área, la experiencia y habilidad del personal, procedimientos y políticas de la

empresa 'ue lleva a cabo la operación de perforar el po#o. >odo esto se debe

revisar, estudiar y comprender por todo el personal involucrado en la operación,

con el fin de cumplir el ob)etivo especificado.

n factor 'ue se debe tomar en cuenta desde el inicio del diseo y hasta la

conclusión de la operación es el factor %@$C0+A+, este en todos sus aspectos

como lo son- el personal, las instalaciones, el medio ambiente, etc. Ya 'ue en la


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actualidad existen disposiciones y normas 'ue rigen las actividades industriales,

además de 'ue siempre se tiene 'ue vigilar por el bienestar de los involucrados en

el traba)o y en el medio ambiente 'ue nos proporciona las fuentes de traba)o.

1.: Pe!)!aci3$ !tat!ia, a$tecede$te% ; ca!acte!8%tica%@l mecanismo 'ue actualmente se emplea en la reali#ación de un po#o

petrolero es el de la perforación rotatoria pero este no surgió tal y como lo

conocemos ahora, necesito del paso de muchos aos para llegar al estado actual,

además de 'ue se han desarrollado diferentes tecnologías 'ue probablemente en

un futuro lleguen a despla#ar a la perforación rotatoria como el mecanismo más

usado. +entro de las actividades más importantes 'ue se desarrollaron y los

periodos de tiempo 'ue ocuparon, en el avance de la tecnología de la perforación,

se encuentran los siguientes-

1.:.1 Pe!id de !i"e$ 1?2=@

• (a má'uina de vapor es la energía más utili#ada.

• @l e'uipo rudimentario constaba de torres de madera.

• %urge el principio de la perforación rotatoria.

• %urgen las primeras barrenas de conos por la empresa %harp Fughes en

17D5.

• %e desarrollan los diseos de las tuberías de revestimiento 4>C8 y las

cementaciones por la empresa Falliburton en 17D3.

• %e utili#an las primeras bombas de lodos en 171D.

• %e establecen los fluidos de perforación por la


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1.:.2 Pe!id de de%a!!** 1?:=@

• %e comien#a a utili#ar e'uipos de perforación con mayor potencia.

• %e desarrollan diseos de barrenas más efectivos

• @n 179; se fabrican las primeras barrenas con carburo de tungsteno en

Alemania.

• %e lleva a cabo prácticas de cementaciones me)oradas.

• Aparecen los fluidos especiales

1.:.9 Pe!id cie$t8)ic 1?=@

• @n @A se alcan#a el logro principal al incrementar la perforación hasta los

91DDD pies en el ao de 17?3.

• %e llevan a cabo diferentes investigaciones con respecto a la perforación

de po#os.

• %e introduce la hidráulica de la perforación en las operaciones de la

industria petrolera.

• @xiste un amplio me)oramiento en las barrenas 'ue se utili#an.• Aparece por primera ve# la perforación automati#ada.

• %e comien#a a aplicar la tecnología de los fluidos de perforación.

• %urgen las primeras turbinas en las operaciones de perforación.

1.:.: Pe!id de a+t#ati-aci3$ 1??B@

•

%e va incrementado la profundidad alcan#ada y la velocidad depenetración en las operaciones.

• %e comien#an a utili#ar los motores de fondo.

• %e emplea el uso del control de las diferentes variables 'ue existen en

la perforación.


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• (a automati#ación y el mane)o de los fluidos de perforación se hacen cada

ve# más usuales.

• (a perforación empie#a a hacer planeada.

• %urgen los polímeros 'ue se incorporan a los fluidos de perforación, así

como los nuevos productos 'uímicos, aditivos, etc.

• (as computadoras se introducen en las operaciones de perforación como

resultado del avance tecnológico.

1.:.B Pe!id de &e!)!aci3$ N C$e$ci$a* act+a*@

• Perforación con >ubería !lexible. @sta operación nos permite perforar un

po#o rápido seguro y a ba)o costo, ya 'ue la tubería flexible no necesita de

conexiones por ser continua, mane)a menor volumen de fluidos y acero 'ue

las tuberías de revestimiento. Asimismo evitan pegaduras ya 'ue se tiene

circulación continua. %us componentes son- unidad de bombeo, unidad de

potencia, carrete y tubería flexible, cabina de control y cabe#a inyectora.

Además de 'ue se emplea para perforar po#os, se puede utili#ar para-

limpie#as, inducciones, estimulaciones, cementaciones, pescas,

terminaciones, etc.

• Perforación en aguas profundas. %e consideran aguas profundas a'uellas

con tirantes de agua mayores a 3DD y ;DD metros. Para operar se utili#an

e'uipos marinos, como son- barcos perforadores, plataformas

semisumergibles, plataformas de patas tensionadas 4>(P8, etc., estos

e'uipos normalmente cuentan con un sistema sofisticado de

posicionamiento dinámico

• Perforación "ultilateral. %u enfo'ue es perforar para alcan#ar

nuevos ob)etivos de un yacimiento, explotado con po#os convencionales.

Para esto se perforan varios po#os a partir de uno convencional con

el fin de


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incrementar el área de drene del yacimiento 4ramales8, en varias

direcciones dentro de la sección hori#ontal, vertical o direccional y lograr el

incremento eficiente de la producción de hidrocarburos mientras se reducen

los costos e impactos ambientales de contaminación en superficie. (os

ramales varían de 2 a 5 dependiendo del caso.

1.B La %a!ta de &e!)!aci3$ ; %+% )+$ci$e%(a sarta de perforación es una columna de tubos de acero, de fabricación y

especificaciones especiales, en cuyo extremo inferior va enroscada la columna de

los lastra barrenas, y en el extremo de sta está enroscada la barrena, pie#a

tambin de fabricación y especificaciones especiales, 'ue corta los estratos

geológicos para hacer el hoyo 'ue llegará al yacimiento petrolífero.

(a sarta de perforación petrolera está compuesta de tubería de

perforación y una tubería de pared gruesa llamada porta mecha o lastra barrena/

además de una cierta cantidad de componentes menores. =abe mencionar 'ue

las tuberías por las 'ue está compuesta la sarta de perforación, como ya se

mencionó, tienen características especiales para soportar esfuer#os de tensión,

colapso y torsión. (a sarta de perforación conecta los sistemas de superficie

con la barrena de perforación.

(as funciones principales de la sarta de perforación son-

• >ransmitir la rotación, aplicada en la superficie, a la broca.

• >ransmitir la fuer#a, o peso, a la broca para 'ue la formación se rompa más

fácilmente.

• Proporcionar una vía de transporte desde la superficie hasta la barrena/

para 'ue el fluido de perforación se pueda llevar ba)o presión.

• Proporcionar los medios para ba)ar y subir la barrena de perforación dentro

del po#o.


29/125

Ca&8t+* 24

a!!e$a%


30/125

2.1 C#&$e$te% de *a %a!ta de &e!)!aci3$.

(a sarta de perforación está constituida por diferentes componentes. @n

este capítulo y en capítulo siguiente se estudiará cada componente de la sarta

perforación, haciendo un análisis y descripción del funcionamiento de dichos

elementos.

2.2 a!!e$a

(a barrena es la herramienta de corte locali#ada en el extremo inferior de la

sarta de perforación, utili#ada para cortar o triturar la formación del suelodurante el proceso de la perforación rotatoria.

%u función es perforar los estratos de la roca mediante el vencimiento de su

esfuer#o de compresión y de rotación de la barrena.

=ada barrena tiene un diámetro específico 'ue determina la apertura del

hoyo 'ue se 'uiere hacer. Y como en las tareas de perforación se re'uieren

barrenas de diferentes diámetros, hay un grupo de gran diámetro 'ue va desde

:1D hasta 1D:5 milímetros 423 a 32 pulgadas8, y seis rangos intermedios para

comen#ar la parte superior del hoyo y meter una o dos tuberías de superficie de

gran diámetro. @l peso de esta clase de barrenas es de 1D5D a 1;?; Gilogramos,

lo cual idea de la robuste# de la pie#a.

@l otro grupo de barrenas de barrenas de 9: rangos intermedios de

diámetro, incluye las de ?9 hasta ::D milímetros de diámetro 49 a 2: pulgadas8,

cuyos pesos van desde 1.5 a ;;2 Gilogramos.


31/125

(a selección del grupo de barrenas 'ue ha de utili#arse en la perforación en

determinado sitio depende de los diámetros de la sarta de revestimiento

re'ueridas. Por otro lado, las características y grado de solide# de los estratos 'ue

conforman la columna geológica en el sitio determinan el tipo de barrena másadecuado 'ue debe elegirse.

2.2.1 C$ci#ie$t% "e$e!a*e% de *a% 5a!!e$a%

@n los primeros aos de la utili#ación de la perforación petrolera rotatoria, el

tipo com*n de barrena fue la de arrastre, fricción o aletas, compuesta por dos o

tres aletas. (a base afilada de las aletas hechas de acero duro, se refor#aba conaleaciones metálicas más resistentes para darle mayor durabilidad. Algunos tipos

tenían aletas reempla#ables. @ste tipo de barrena se comportaba bien en estratos

blandos y semiduros, pero en estratos duros o muy duros el avance de la

perforación era muy lento o casi imposible. @l filo de la aleta o cuchilla se iba

perdiendo rápidamente por el continuo girar sobre la roca dura, no obstante el

peso 'ue se impusiese a la barrena para lograr penetrar el estrato.

A partir de 17D7, la barrena de conos giratorios hi#o su aparición. @ste

nuevo tipo de barrena ganó aceptación bien pronto y hasta ahora es el tipo más

utili#ado para perforar rocas, desde blandas hasta las duras y las muy duras. (as

barrenas se fabrican de dos, tres o cuatro conos. A travs de la experiencia

acumulada durante el paso de los aos desde su aparición, el diseo, la

disposición y características de los dientes integrales o los de forma esfrica,

semiesfrica o botón incrustado, tienden a 'ue su durabilidad para cortar el mayor

volumen posible de roca tradu#ca en la economía 'ue representa mantener activala barrena en el hoyo durante el mayor tiempo posible.

=ada cono rota alrededor de un e)e fi)o 'ue tiene 'ue ser muy fuerte para

'ue cada cono soporte el peso 'ue se le impone a la barrena y pueda morder bien


32/125

la roca para poder desmenu#arla. Por tanto, el enca)e del cono en el e)e tiene

'ue


33/125

ser muy seguro para evitar 'ue el cono se desprenda. @l movimiento rotatorio

efica# del cono se debe al con)unto de rodamientos internos empotrados alrededor

del e)e, los cuales por lubricación adecuadamente hermtica mantienen

su desli#amiento.

Además, la disposición, el diámetro y las características de los orificios o

bo'uillas fi)as o reempla#ables por donde sale el fluido de perforación a travs de

la barrena, han sido ob)eto de modificaciones tcnicas para lograr mayor eficiencia

hidráulica tanto para mantener la barrena en me)or estado físico como para

mantener el fondo del hoyo libre del ripio 'ue produce el avance de la barrena.

Por los detalles mencionados, se apreciará 'ue la fabricación de barrenas

re'uiere de utili#ación de aceros duros y aleaciones especiales 'ue respondan a

las fuer#as y desgaste 'ue imponen a las diferentes partes de la barrena la

rotación y el peso, la fricción el calor y la abrasión.


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2.9 Ti&% de 5a!!e$a

@n la actualidad existen varios tipos de barrenas para la perforación de

po#os petroleros 'ue difieren entre sí, ya sea en su estructura de corte o por su

sistema de rodamiento, por e)emplo, cuando son de tres conos o por los

materiales usados en su construcción. +e acuerdo con lo anterior, las barrenas se

clasifican en-

• arrenas tricónicas

• arrenas de =ortadores fi)os

• arrenas especiales

Fig." 1 C+a,i#i%a%i&! ' +a, -arr!a,


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2.: a!!e$a t!ic3$ica@l mecanismo principal de este tipo de barrena 4de dientes ma'uinados o

insertos8 es de trituración por impacto fallando la roca por compresión.

Al comien#o había brocas de dos conos sin interferencia y por lo tantotenían la tendencia a empacarse/ esto es, cuando los cortes de perforación se

amalgaman y endurecen alrededor de la broca, com*nmente en formaciones

blandas. Qstas fueron sucedidas por las brocas tricónicas, el tipo de barrena más

com*n actualmente usada. @stas tienen 9 conos los cuales se van interfiriendo

luego limpiando entre sí, con filas de cortadores en cada cono. (os conos son

principalmente de dos tipos- de dientes tallados o de insertos de carburo de

tungsteno 4>ugsten =arbide 0nserts, >=08, y pueden ser de varios tamaos y

dure#as de acuerdo a las litologías previstas. na gran cantidad de calor se

genera por la fricción durante la perforación y este calor debe ser disipado para

'ue no se afecte la estructura molecular del material de la barrena. @l

enfriamiento y la lubricación son funciones del fluido de perforación. @ste sale por

los orificios o toberas 'ue tiene la barrena. =ada orificio está posicionado arriba

de cada cono, son reempla#ables y pueden ser instalados en diferentes

tamaos/ siendo mayor la velocidad del lodo a medida 'ue el orificio es más

pe'ueo. (os diámetros de los orificios se expresan en milímetros o bien entreintaidosavos de pulgada.

Fig "." Barr!a ri%&!i%a


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2.:.1 C#&$e$te% de *a 5a!!e$a t!ic3$ica

@l cuerpo de una barrena tricónica está compuesta por-

• na conexión roscada 4pión8 'ue une a la barrena con una doble

ca)a del mismo diámetro de los lastrabarrenas.

• >res e)es 4muón8 del co)inete en donde van montados los conos

• >res conos

• (os depósitos 'ue contienen lubricante para los co)inetes

• (os orificios 4toberas8 a travs de los cuales el fluido de perforación

fluye para limpiar del fondo el recorte 'ue perfora la barrena.

• =ortadores 4dientes o insertos8

• Fombro de la barrena

f8.6 dientes o inser tos

4=ortadores8.

c8.6 cono. d8.6 deposito de

e8.6 tobera.

lubricante.

g8.6 hombro de

la barrena.

a8.6 pi,ón.

Fig ". / C$0)$!!, ' (!a-arr!a ri%&!i%a

b8.6 e)e mu,ón.


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2.:.2 Meca$i%#% de C!te de *a% 5a!!e$a% t!ic3$ica%

(os elementos de corte de las barrenas tricónicas corresponden a hileras

de dientes alrededor de cada cono 'ue se entrela#an sin tocarse con las de los

conos adyacentes a manera de engranes.

2.:.9 Acci3$ de* c$

A medida 'ue el cono rueda en el fondo del po#o, una acción de raspado y

excavado se e)ecuta sobre la formación. (os conos tienen más de un e)e de

rotación debido al n*mero y alineación de las filas de dientes de corte, pero esto

se halla limitado por el efecto 'ue tenga la tubería de perforación aplicado sobre

la barrena. (a rotación se efect*a de la barrena, en forma 'ue los dientes van

desli#ando y excavando a medida 'ue van girando. @ste efecto es minimi#ado

en el diseo de brocas duras 4 pues los e)es de rotación de los conos son

concntricos8 con el fin de reducir desgaste, pero a*n así en esta acción no hay

rodamiento puro.

@l efecto de desli#amiento produce un efecto de arran'ue, raspado y tallado

controlado en la formación, 'ue conduce a una rápida y eficiente remoción de los

cortes de formación producidos. Para formaciones blandas, el efecto de raspado

se me)ora haciendo 'ue los e)es de los conos no sean concntricos, esto lleva a

una perforación más rápida y la cantidad de raspado dependerá de la cantidad de

ale)amiento 'ue tengan los e)es de los conos.


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2.:.: C6i$ete ; %e**

(os co)inetes son estructuras 'ue funcionan como un e)e alrededor de los cuales

giran los conos. @stos elementos son diseados tomando en cuenta la

velocidad de rotación 4CP"8 y el peso sobre la barrena 4IH8.

@l sello generalmente es un elastómero el cual no permite el contacto entre el

fluido de perforación y la parte interna del cono. $eneralmente cuenta con partes

refor#adas de diferente material para poder resistir el desgaste producido por la

rotación del cono. +entro del cono se encuentra un sistema de retención formado

por balineras, las cuales evitan 'ue el cono se salga de la parte superior de la

barrena. @stas balineras son ingresadas al momento de ensamblar la barrena.

@xisten varios tipos de co)inetes. @stos pueden ser- 4!igura 2. 38

• =o)inete de rodillos- (os co)inetes de rodillos soportan grandes pesos

sobre barrena y ba)as revoluciones por minuto puesto 'ue las cargas se

distribuyen de manera puntual en los rodillos. @stos co)inetes se utili#an en

barrenas de tamaos superiores a 12 R.

• =o)inete de fricción- (os co)inetes de fricción soportan altas revoluciones

por minuto y ba)os pesos sobre la barrena debido a 'ue las cargas se

distribuyen de manera uniforme en la superficie del co)inete.

Fig(ra. ". Ti)$, '%$2i!,


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2.:. A*#ac$ de "!a%a

=omo su nombre lo indica, este elemento permite almacenar la grasa 'ue sirve

como lubricante al co)inete y al sistema interno del cono. @l ob)etivo de estealmacn es proveer el lubricante al interior del cono, el cual es movido dentro de la

barrena por diferencial de presión. =uando existe un cambio de presión dentro de

la barrena, se acciona un sello un sello interno 'ue permite el despla#amiento

de la grasa.

!ísicamente, el almacn de grasa se encuentra en la parte inferior de la pierna de

la barrena )unto al compensador de presión conectado por un canal hacia el

co)inete.

Fi+%ra *(" A!2ac de+rasa


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2.:. Die$te%

@l tamao, forma y separación de los dientes afecta la eficiencia o

rendimiento de la broca seg*n la dure#a de las formaciones. @l diseo de los

dientes tambin determinará el tamao y la forma de los cortes de formación

producidos.

Para formaciones blandas, los dientes escogidos generalmente serán largos,

delgados y ampliamente espaciados. (os dientes entre más largos logran mayor

penetración en la formación blanda.

Para formaciones de de mediana dure#a se usan dientes más cortos y son

innecesarios los dientes largos. n amplio espaciamiento permite una eficiente

limpie#a, aun'ue el empacamiento no es una consideración tan importante como

en las formaciones blandas.

Para perforación en formaciones duras se usan dientes cortos y a*n más anchos,

los cuales producen un efecto de aplastamiento y fragmentación más 'ue de

arran'ue y deformación en la roca.


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43/125

2.B.1 E* &!i#e! d8"it.

0dentifica el tipo de estructura de corte y tambin y tambin el diseo de la

estructura de corte con respecto al tipo de formación, como se relaciona a

continuación-

1. +ientes fresados para formación blanda

2. +ientes fresados para formación media.

9. +ientes fresados para formación dura.

3. +ientes de insertos de tungsteno para formación muy blanda.

;. +ientes de insertos de tungsteno para formación blanda.

:. +ientes de insertos de tungsteno para formación media.

?. +ientes de insertos de tungsteno para formación dura.

5. +ientes de insertos de tungsteno para formación extra dura.

2.B.2 E* %e"+$d d8"it.

0dentifica el grado de dure#a de la formación en la cual se usará la barrena y

varía de suave a dura como se indica-

1. Para formación suave

2. Para formación media suave

9. Para formación media dura

3. Para formación dura.


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2.B.9 E* te!ce! d8"it

0ndica el sistema de rodamiento y lubricación de la barrena

1. =on toberas para lodo y balero estándar

2. >oberas para aire o lodo con diseo en > y balero estándar.

9. alero estándar con protección en el calibre.

3. alero estándar sellado autolubricable

;. alero sellado y protección al calibre.

:. =humacera sellada

?. =humacera sellada y protección sellada al calibre

5. Para perforación direccional7. Htras


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Ta-+a ".1C+a,i#i%a%i&! IADC


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2. a!!e$a% de c!tad!e% )i6%(as barrenas de cortadores fi)os son cuerpos compactos, sin partes

móviles con diamantes naturales o sintticos incrustados parcialmente en su

superficie inferior y lateral 'ue trituran la formación por fricción o arrastre.

@ste tipo de barrenas se dividen en-

• arrenas de diamante natural

• arrenas de diamante trmicamente estable 4>%P8

• arrenas compactas de diamante policristalino 4P+=8

+ependiendo de la forma de la barrena la ubicación de los cortadores será como

a continuación se es'uemati#a. 4!igura 2.:8

= S =one 4cono8

$ S $auge4calibre8

> 6 >aper 4flanco8

% 6 %houlder 4hombro8

< 6


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2..1 Meca$i%# de c!te

(a barrena P+= es un dispositivo mecánico diseado para transmitir energía a fin

de perforar ci#allando la roca. (a perforación es rápida por lo 'ue se re'uiere

menos energía 'ue utili#ada por las barrenas 'ue necesitan grandes cargas y 'ue

ocasionan fallas por compresión en las formaciones.

(as barrenas de diamante natural y las impregnadas de diamante perforan

lentamente pulveri#ando la roca, lo 'ue hace 'ue ambas re'uieran una gran carga

sobre la barrena y altos esfuer#os de torsión. @stas barrenas deben ser operadas

a altas CP" para 'ue su funcionamiento sea óptimo.

2. .2 a!!e$a% de dia#a$te $at+!a*

(as barrenas de diamante natural tienen un cuerpo fi)o cuyo material

puede ser de matri# o de acero. %u tipo de corte es de diamante natural 4el

diamante es el material más duro hasta ahora conocido8 incrustado en el

cuerpo de la barrena. @l uso de estas barrenas es limitado en la actualidad,

salvo en casos especiales para perforar formaciones muy duras y abrasivas.

@l tipo de cortadores de esta barrena es de diamante natural incrustado

en el cuerpo de la barrena con diferentes diseos. @l mecanismo de corte es por

fricción y arrastre.

@l uso de este tipo de barrenas es limitado salvo en casos especiales para

formaciones duras, cortar n*cleos de formación y como barrenas desviadoras en

po#os con formaciones muy duras y abrasivas. @ntre más dura y abrasiva es laformación, más pe'ueo será el diamante. (os diamantes utili#ados con redondos

pero irregulares.


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Fig. ".4 Barr!a, ' 'ia0a! !a(ra+

2..9 a!!e$a de dia#a$te t!#ica#e$te e%ta5*e %P8 son usadas para perforar rocas

duras, por e)emplo- cali#a dura, basalto y arenas finas duras, entre otras. Qste tipo

de barrenas son más usadas 'ue las de diamante natural. %e caracteri#a por usar

diamante sinttico de forma triangular, la densidad, el tamao y la forma del granoson característicos de cada fabricante.

Fig. ".5 Barr!a TSP


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2..: a!!e$a% de c#&act de dia#a$te &*ic!i%ta*i$ P, su

diseo hidráulico se reali#a con sistema de toberas para lodo, al igual 'ue las

barrenas tricónicas. Por su diseo y características, las barrenas P+= cuentan con

una gran gama de tipos y fabricantes, especiales para cada formación/ desde muy

suaves hasta muy duras. Pueden ser rotadas a altas velocidades, utili#adas con

turbinas y motores de fondo y con diferentes pesos sobre la barrena. Por su

versatilidad poco a poco han ido despla#ando a las barrenas tricónicas, para ser

stas las más utili#adas.

Fig.".6 Barr!a, i)$ PDC


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2. C3di" IADC &a!a 5a!!e$a% de c!tad!e% )i6%(a finalidad de la 0A+= 4Asociación internacional de =ontratistas de

Perforación8 es solamente un medio para agrupar el aspecto general de las

barrenas de cortadores fi)os. A diferencia de la clasificación de la 0A+= para

barrenas tricónicas, el código 0A+= para barrenas de cortadores fi)os no losrelaciona con la formación por perforar. Tnicamente se pueden identificar sus

características más elementales

(a clasificación se representa mediante un código de cuatro

caracteres para clasificar las barrenas, el primero alfabtico y los tres restantes

numricos 4ver tabla 2.28.

Primer caracter 4tipo de cuerpo de la barrena8

@n el primer caracter se muestra el material del 'ue está fabricada la barrena.

=on una " si es de matri# o con una % si es de acero.

%egundo carácter 4dure#a de la formación8

@l segundo caracter presenta la dure#a de la formación. (a dure#a va desde el 1

'ue indica 'ue es una formación muy blanda, hasta el ? 'ue indica 'ue es una

formación muy dura.

>ercer caracter 4tamao y tipo de cortador8

@ste caracter indica el tipo de cortador y el diámetro de las pastillas de P+=. @sta

va desde dure#as de formaciones muy blandas a medias. +e las dure#as de

formaciones medias6duras a extremadamente duras ya no es utili#ada la

pastilla de P+=.


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=uarto caracter 4perfil de la barrena8

"uestra el perfil de la barrena. %e utili#a el 1 para el perfil plano, hasta el 3 'ue es

el de perfil parabólico largo.

Ta-+a "."

C+a,i#i%a%i&! IADC


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2.= a!!e$a% e%&ecia*e%(as barrenas especiales pueden ser de dos tipos- ampliadoras o

bicntricas y se utili#an para operaciones tales como- la ampliación del

diámetro,

ya sea desde la boca del po#o 4superficial8 o desde una profundidad determinada.

a!!e$a 5ic$t!ica a!!e$a a#&*iad!a

Fi". 2.10 a!!e$a% a#&*ead!a%

2.? Ea*+aci3$ de *a% 5a!!e$a%

(a calibración en las barrenas, se reali#a para medir el desgaste 'ue han

tenido en el transcurso de las horas de traba)o. @l calibrador 'ue se utili#a para las

barrenas tricónicas es una regla en forma triangular 'ue mide el desgaste de los

conos. @n el caso 'ue no se cuente con un calibrador de fábrica, se utili#a una

lámina de acero en forma de anillo, con agarradera y una regla. @l anillo deberá

tener el diámetro de la barrena 'ue se va a usar. @ste anillo se utili#a para calibrar

las barrenas de diamante policristalino y las tricónicas.


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=uando la barrena es nueva el anillo deberá entrar a)ustado. =uando la

barrena sale del po#o, se vuele a medir indicando indicando desgaste cuando

tenga )uego el anillo calibrador, procediendo a medir con la regla para determinar el porcenta)e de desgaste 'ue tuvo la barrena.

(a calibración de la barrena es de mucha utilidad para saber el desgaste

en el diámetro de la misma, y así al meter la barrena nueva se evitará un

acuamiento de la sarta por reducción del agu)ero.

(a clasificación y evaluación subsecuentes del grado y tipo de desgaste

de una barrena usada, desempea un papel muy importante en el proceso de

perforación.


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2.?.1 De%"a%te &a!a 5a!!e$a% de die$te% de ace!

A continuación se explican los códigos de desgaste más usados y

aceptados en el campo de la perforación.

>DU +iente nuevo

>1U +esgaste de 1N5 de la altura original del diente.




>;U +esgaste de ;N5 de la altura original del diente.

>:U +esgaste de 9N3 de la altura original del diente.

>?U +esgaste de ?N5 de la altura original del diente.

>5U +esgaste total del diente.

Fig. ".11 C&'ig$ ' ',ga,


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2.?.2 De%"a%te de 5a*e!%

@l desgaste de baleros debe considerarse tambin seg*n la escala de

octavos. Para balero nuevo D y balero desgastado 1DDV 5. =uando los baleros

se atraviesan en la superficie de rodamiento y traban el cono, se considera :.

=uando uno o varios rodillos se han 'uedado fuera del cono se considera 5.

DU &ida del balero desgastado D.

1U &ida del balero desgatado 1N5.

2U &ida del balero desgatado 1N3 4todavía a)ustados8.

9U &ida del balero desgatado 9N5.

3U &ida del balero desgatado 1N2 4algo flo)os8.

;U &ida del balero desgatado ;N5.

:U &ida del balero desgatado 9N3 4muy flo)os8, trabados.

?U &ida del balero desgatado ?N5.

5U &ida del balero gastado 4tableros perdidos yNo conos trabados8


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@)emplos-

>263 +i - +ientes desgatados R, media vida de baleros, algo flo)os, sin

desgaste en el calibre.

>:6:61N2L- +ientes desgastados W , balero muy flo)o y diámetro reducido X

pulgada.

2.10 C3di" de de%"a%te &a!a 5a!!e$a% de i$%e!t%(os mtodos para evaluar y codificar los desgastes pueden ser tan sofisticados

como se desee, pero es prudente tener en cuenta 'ue el ob)etivo de ellos es

proporcionar información suficiente para la selección adecuada de las barrenas

'ue se utili#arán en los po#os futuros de la misma área. @l o los mtodos de

evaluación y codificación de desgaste deben de ser claros y sencillos en su

interpretación. Por eso se sugiere la nomenclatura siguiente para las barrenas de

insertos, con la advertencia 'ue puede ser modificada de acuerdo con las

necesidades particulares de cada área, sin 'ue pierda por ello la sencille# de suinterpretación.

@structura de corte observación general

>2- na cuarta parte de los insertos totales se ha desgastado, roto o

perdido. >3- (a mitad de los insertos totales se ha desgastado, roto o

perdido.

>:- >res cuartas partes de los insertos totales se ha desgastado, roto o

perdido. >5- (a totalidad de los insertos se han desgastado, roto o perdido.

%istema de rodamiento


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%e observa y estima el porcenta)e de vida de rodamientos, gastada en el cono

'ue presente el peor estado.

2- na cuarta parte de vida gastada.

3- (a mitad de la vida gastada.

:- >res cuartas partes de la vida gastada.

5- &ida total

2.11 C$dici$e% de &e!aci3$ de *a% 5a!!e$a% t!ic3$ica% ; PDC

(as barrenas para formación blanda re'uieren de una carga o peso mínimo

para 'ue sus dientes largos y espaciados, efect*en su acción de rascado y

triturado/ los factores limitantes de su rendimiento son la eficiencia hidráulica de su

e'uipo de perforación. +ebe recordarse 'ue un factor muy importante en estas

formaciones es la velocidad de rotación 4CP"8.

(as barrenas para formaciones medias6blandas tienen una estructura de corte

capa# de resistir la mayor carga unitaria para penetrar la formación y el desgaste

por abrasión en el área del calibre. Por esta ra#ón, sus dientes son más fuertes y

numerosos con mayor cantidad de metal en las hileras del calibre.

(as barrenas para formaciones medias6duras destruyen la formación por

trituración con un mínimo de rascado. Ce'uieren cargas unitarias altas para

exceder la resistencia a la compresión de la formación, las 'ue generalmente son

más abrasivas 'ue las anteriores.

(as barrenas para formaciones duras re'uieren los máximos niveles deenergía para vencer la alta resistencia compresiva de la formación 'ue contiene

considerables cantidades de material abrasivo.

(a mecánica de perforación de estas barrenas es básicamente por

cincelamiento y necesitan la máxima protección del calibre.


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(a operación de las barrenas se define por tres parámetros-

• Peso sobre barrena.

• &elocidad de rotación 4rotaria8.

• Fidráulica de perforación.

PESO SORE ARRENA


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Pe% %5!e 5a!!e$a


60/125

2.12 La%t!a 5a!!e$a%(os lastra barrenas son tubos lisos, cuadrados o en espiral de acero o material no

magntico de espesores significativos, pesados y rígidos, los cuales sirven de

unión entre las barrenas y las tuberías de perforación. @n la perforación

direccional son preferibles las de espiral debido a 'ue sus ranuras reducen el áreade contacto con la pared, reduciendo la probabilidad de 'ue se produ#ca un

atascamiento por parte de la tubería. Al colocarlos en el fondo de la sarta de

perforación proporcionan la rigide# y el peso suficiente para producir la carga

re'uerida sobre la barrena para una penetración más efectiva de la formación.

(os lastra barrenas tienen las siguientes funciones-

•

Proporcionan el peso sobre la barrena.• %oportan y dan rigide# a la parte inferior de la sarta de perforación.

• %irven de apoyo y de estabili#ador a la barrena.

@l peso aplicado a la barrena debe provenir *nicamente de los lastra barrenas, si

el peso aplicado a la barrena excede el peso total de los lastra barrenas, el peso

extra provendrá de la tubería, la cual estaría en compresión, siendo

susceptible de torceduras y así tambin a 'ue se #afara la rosca.

@l peso de los lastra barrenas actuando directamente sobre la barrena tiene dos

consecuencias principales-

• (a tendencia de la sarta de colgar verticalmente debido al peso y la

gravedad. @ntre más pesados son los lastra barrenas, menos probable es

'ue el po#o se desvíe de la vertical.

• @l peso aplicado a la barrena la hará estabili#ar, haciendo 'ue el po#o

mantenga su dirección constantemente. @sta estabili#ación de la broca

tambin permitirá una distribución mas pare)a de la carga sobre la

estructura cortante de la barrena. @sto evita 'ue la barrena se ale)e de la

posición central, garanti#ando un po#o derecho, de diámetro correcto y

desgaste pare)o de la barrena.


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"antener el po#o en la dirección correcta se logra no sólo por el peso y la rigide#

de los lastra barrenas en la base de la sarta de perforación, si no con 'ue el

diámetro exterior 4H+8 de los lastra barrenas sea apenas menor 'ue el diámetrode la barrena empleada, o al diámetro del po#o. @sto se conoce como Ksarta

empacadaL.

@l inconveniente asociado a este tipo de diseo de sarta de fondo 4ottom Fole

Assembly8 FA por sus siglas en ingls, es 'ue es muy susceptible de sufrir por

pega diferencial, donde la tubería se pega en la torta 'ue cubre las paredes del

po#o. @ste riesgo se minimi#a mediante la utili#ación de lastra barrenas con

diferentes diseos de sección, o de surcos en la superficie con el fin de reducir elárea de contacto 'ue pueda haber entre los lastra barrenas y la pared del po#o.

Así los lastra barrenas pueden ser redondos, de sección cuadrada o elíptica, con

surcos espirales, etc


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9.1 T+5e!8a de &e!)!aci3$(a tubería de perforación es una barra de acero hueca utili#ada para llevar a cabo

los traba)os durante la operación de perforación. $eneralmente se le conoce como

tubería de traba)o, por'ue está expuesta a m*ltiples esfuer#os durante las

operaciones. Además es la 'ue constituye la mayor parte de la sarta de

perforación y 'ue generalmente está expuesta a esfuer#os de tensión, y cuyo

peso es sostenido por la torre o castillo.

(a tubería de perforación de uso com*n está laminada en caliente, taladrada sin

costura al 'ue luego se sueldan las conexiones o tool )oints.

(a tubería de perforación tiene una vida relativamente corta por lo 'ue es

importante un adecuado cuidado y selección. (a parte mas dbil de la tubería de

perforación es el cuerpo. Por lo 'ue el drill pipe es la parte más dbil de la sarta.

Fig /.1 . T(-r7a ')r#$ra%i&!


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9.2 Pa!te% de *a t+5e!8a@stá constituida por dos partes las cuales son fabricadas separadamente y luego

unidas mediante soldadura. @stas son-

• =uerpo o ody

• =onexión o tool )oint

@l cuerpo es de forma cilíndrica y ha sido laminada en caliente, taladrada en

caliente sin costura. @n algunos casos se recubre la parte interna con un plástico

4coating8 para protegerla contra la corrosión.

(a conexión se suelda al cuerpo de la tubería despus de 'ue ha sidotaladrada.

9.9 P!&iedade% #ec$ica% de *a t+5e!8a@sfuer#o de cedencia

@s el esfuer#o al cual el material exhibe un límite de desviación de la

proporcionalidad del esfuer#o a la deformación. @n otras palabras es el momentoen 'ue la deformación pasa de elástico a plástico.

@sfuer#o de estiramiento

@s el valor obtenido al dividir la carga máxima 'ue produce rotura por el área

seccional del tubo, tambin se le conoce como ultímate strenght 4esfuer#o final8.


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$rado de la tubería

@l grado está relacionado al grado del acero por lo tanto a su resistencia a la

tensión. +ensidad del acero para la sarta de perforar 371 lbNft 9 o :;.3lbNgal y el

módulo de elasticidad es 27 x 1D:

psi.

$rado @ 47;8 $41D;8 %419;8

@sfuer#o de

cedencia 4"in P%08

?;DDD 7;DDD 1D;DDD 19;DDD

@sfuer#o de

cedencia 4"ax P%08

1D;DDD 12;DDD 19;DDD 1:;DDD

@sfuer#o final 1DDDDD 1D;DDD 11;DDD 13;DDD

Ta5*a 9.1 G!ad% de* ace!

9.: C*a%i)icaci3$ de *a t+5e!8a

9.:.1 P! i$%&ecci3$

(a tubería de perforación puede clasificarse de acuerdo a la inspección,

basándose en el estado actual 'ue presente dicha tubería. @sta inspección

se lleva a cabo con instrumentos 'ue deben de estar calibrados. +e acuerdo a lo

anterior-

+rill pipe nuevo- >ubería de perforación nueva 4nominal8, es identificada por una

banda blanca en el cuerpo a 9: pulgadas del pión.

Premium =lass- Primera clase hasta un 2DV de desgaste uniforme de la pared

comparado con el nominal identificada con dos bandas blancas en el cuerpo a 9:pulgadas del pion y de dos pulgadas de espesor.

=lase 2- +esde un 2D a 9;V de desgaste excntrico de pared comparada con el

nominal. @stá identificada con una banda amarilla.


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=lase 9- +esde 9;V a 3;V de desgaste uniforme de la pared comparado con el

nominal. @stá identificada con una banda a#ul.

Cecha#ados- 4re)ected8 %e identifican por una banda ro)a.

9.:.2 P! *$"it+d

(ongitud- es la medida 'ue tiene el tubo de la ca)a del pión. (a tubería de

perforación se suministra de acuerdo al siguiente rango de la norma AP0 de

longitud-

• Cango 1- de ?.; a 5.; metros.

• Cango 2- de 5.; a 7.; metros.

• Cango 9- de 7.; a 1D.; metros.

C*a%i)icaci3$ &! ta#aH ; &e% $#i$a*

>amao

pulgadas

Peso


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9.B De%c!i&ci3$ de *% c#&$e$te% de *a t+5e!8a de &e!)!aci3$

+ iáme tro e x te r io r- es la medida 'ue tiene la tubería en su parte

externa. + iáme tro in te r io r- es la medida interna del tubo de perforación.

Cec a lca d o - es la parte más gruesa del tubo y prev una superficie de contacto

satisfactoria para la soldadura de las )untas. @ste recalcado permite un factor de

seguridad adecuado en el área soldada para proveer resistencia mecánica y otras

consideraciones metal*rgicas. (a )unta es tambin hecha con un cuello soldado,

para asegurar una superficie de contacto considerable con la soldadura.

(a tubería de perforación tiene un área en cada extremo, la cual tiene

aproximadamente : pulgadas de longitud, llamado recalcado. (os recalcados son

necesarios en los tubos para los cuales las )untas soldadas son colocadas.

=o ne x ión c a )a 6 p i ó n - es el punto donde se reali#a el enlace de la ca)a de un tubo

con el pión de otro.

+ iáme tro e x te r io r d e la )u n ta - es la medida 'ue resulta de la unión de la ca)a con el

pión de un tubo de perforación.

@s pe s o r d e pa r e d - es el área transversal 4grosor8 'ue tiene la pared de un tubo de

perforación.

" a rca d e id e n tif icaci ó n - es la información referente al grado y el peso de la

tubería de perforación, se graba en una ranura colocada en la base del pión/

excepto en la tubería @?; , ya 'ue en esta la marca se encuentra en el pión.

=abe hacer mención 'ue este marca)e lo reali#a la compaía donde se fabrica la

tubería, y por ning*n motivo el personal de perforación podrá alterar o marcar otro

tipo de datos en la tubería.


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9..1 Reca*/+e

>odas las tuberías de perforación tienen un refuer#o en sus terminales llamados

recal'ues o upset para efectuar la soldadura a los tool )oints. +icho recal'uepuede ser exterior o interior, para el caso del upset interno el diámetro interior se

ve disminuido.

Fig. /./ R%a+9( !+a (-r7a

9. C$ci#ie$t% %ic% &a!a #edi! t+5e!8a de &e!)!aci3$Para medir tubería de perforación se debe de tener siempre presente 'ue la

longitud de un tubo abarca desde la ca)a de ste hasta la base del pión.


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Para determinar el diámetro exterior de un tubo se utili#a un calibrador de

compás, una regla o un flexómetro, se mide la distancia 'ue hay entre un extremo

y otro del compás. @sta distancia es el diámetro exterior del tubo.

9.= Ca*i5!aci3$ de *a t+5e!8a de &e!)!aci3$(a calibración se reali#a para verificar 'ue el interior del tubo est libre de

obstáculos 4estopa, madera, etc.8 o 'ue no est colapsado. %i no se calibra el tubo

y se mete, daado o con basura, al po#o, esto puede provocar 'ue las toberas se

obstruyan y se tape la barrena. Por lo 'ue se tendría 'ue efectuar un via)e a la

superficie lo 'ue retrasaría las operaciones de perforación.

(a calibración, con el calibrador AP0 4en el campo se le conoce como cone)o8 se

lleva a cabo estando colocado el tubo sobre la rampa desli#adora, el tubo

debe

conservar el guardarrosca del pión. 4!igura 9.38

Fig. /. Ca+i-ra'$r API )ara (-r7a :%$!2$;


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Al momento 'ue se va a introducir el tubo al hoyo de conexión rápida, se retira el

guardarrosca del pión y se recupera el calibrador, volviendo a colocar el

guardarrosca.

@n caso de 'ue no salga el calibrador, se deberá invertir la posición del tuvo paraintroducir un ob)eto pesado, por e)emplo un perno, 'ue desplace el calibrador para

recuperarlo y evaluar si se puede ocupar ese tubo o se debe rempla#ar.

9.? Ma$e6 ; +% de t+5e!8a de &e!)!aci3$ Antes de efectuar el enros'ue se debe de verificar 'ue tanto el pión como la ca)a

no tengan el empa'ue 'ue sirve de apriete al guardarrosca, tambin se

recomienda limpiar con diesel la rosca de la ca)a y del pión para retirar la película

adhesiva 'ue contienen.

A continuación se debe de aplicar grasa a la ca)a y al pión, ya 'ue pueden ocurrir

amarres por no contar con una película separadora. (as grasas compuestas para

roscas proporcionan esta película y así mismo tambin ayudarán a minimi#ar el

apriete excesivo.

@stando enroscado el tubo se coloca la llave de aguante en la ca)a y la llave deapriete en la base del pión. %e recomienda 'ue la llave de apriete 'uede en

posición de 7DZ para 'ue el apriete sea afectivo.

@l dinamómetro 4instalado al lado del indicador de peso8, le indicará al perforador

el rango de apriete 'ue están efectuando las llaves, soltando la perilla cuando se

llegue al apriete recomendado.


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9.10 T+5e!8a et!a &e%ada

9.10.1 Ide$ti)icaci3$ de t+5e!8a &e%ada

(a tubería de perforación extra pesada 4Feavy6Ieigt8, es un componente de peso

intermedio para la sarta de perforación, entre los lastrabarrenas y la tubería de

perforación.

(a tubería de perforación extra pesada tiene esencialmente el mismo diámetro

exterior 'ue la tubería de perforación convencional/ su diámetro interior es menor

debido a 'ue el espesor de pared es mayor provocándole a sta un peso de 2 a

9veces el peso de la tubería convencional

Fig. /.< T(-r7a 8ra ),a'a

(os principales beneficios de la tubería de perforación extra pesada son-

• Ceduce los costos de perforación mediante la eliminación de las fallas de

la tubería de perforación en la #ona de transición 4la sección inmediata

arriba de los lastrabarrenas8.

• "e)ora significativamente el comportamiento y capacidad de la profundidad

de e'uipos pe'ueos en áreas de perforación poco profundas a travs del

fácil mane)o y reempla#o de los lastrabarrenas.

• Ceduce el riesgo de falla por fatiga en la #ona de transición.


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Alguna de las )untas de la tubería de perforación extra pesada, son más largas de

lo normal. @sta característica permite una aplicación para traba)o rudo diseada

especialmente de metal endurecido y es igual a aproximadamente tres veces lacantidad de endurecimiento de la tubería de perforación convencional y además

permite varias reparaciones. %e utili#an los mismo tipos de )untas 'ue los de los

lastrabarrenas para resistir las cargas compresionales adicionales locali#adas en

esta sección de la sarta.

(a mayoría de la tubería extra pesada tiene en su parte central un incremento de

diámetro similar al de la )unta 'ue sirve para centrar y estabili#ar la sarta. @sto

ayuda a prevenir el desgaste excesivo del tubo cuando se somete a compresión.

(a tubería de perforación extra pesada tiene menos contacto con las paredes del

po#o 'ue la tubería lastra barrena y por lo tanto reduce el riesgo de pegadura por

presión diferencial.


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Ca&8t+* :4

Ot!%

c#&$e$te%


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:.1 Mt!e% de )$d


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Fig. =1 Pri!%i)i$ ' #(!%i$!a0i!$ '0$$r, ' #$!'$

:.1.9 Mt!e% de )$d c$ cd% de%iad!e%

(a tcnica más com*n para cambiar la dirección de un po#o es colocar un codo

desviador directamente sobre un motor de fondo o turbina.

(a conexión macho 4P0


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:.1.: Mt! de de%&*a-a#ie$t &%iti di!i"i5*e%


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:.1.B E*e#e$t% de* PDM

>odos los motores de fondo constan básicamente de los siguientes elementos-

• &álvula de descarga 4dump valve assembly8

• %ección de poder o potencia 4PoEer section8

• %ección a)ustable

• >ransmisión

• %ección de rodamientos 4earing section8

• %ección giratoria 4+rive shaft Assembly8

Fig. ." E+0!$, '+ 0$$r ' ',)+a*a0i!$ )$,ii>$


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:.1.B.1 V*+*a de de%ca!"a

• Permite 'ue el lodo llene el interior de la sarta de perforación durante los

via)es y la vacíe mientras reali#amos alguna conexión o sacamos la tuberíafuera del po#o.

• Permite el paso de lodo hacia la sección de potencia

• (a válvula opera a travs de un resorte el cual presiona un pistón

• @l pistón de la válvula es activado por presión diferencial 4re'uiere aprox.

9DV del flu)o de lodo para for#ar el pistón aba)o8

• (a válvula evita el influ)o del po#o por el interior de la herramienta y permite

'ue en los via)es la tubería salga seca.

:.1.B.2 Secci3$ de &te$cia


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Fig. ./ R)r,!a%i&! '+ ,!i'$ ' gir$

• @l rotor es un vástago de acero con chapa cromada en forma de hlice en

espiral.

• @l estator es una cavidad de acero hueca, donde se alo)a una goma

compuesta de elastómero, la cual adopta una forma espiral durante su

fabricación.• @l rotor es elaborado con un perfil de lóbulos coincidente y similar al

armado helicoidal del estator.


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Fig. . S%%i&! ' )$!%ia

:.1.B.9Secci3$ a6+%ta5*e


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Fig. .< S%%i&! a2(,a-+

:.1.B.: Secci3$ de t!a$%#i%i3$

@s colocado en la parte ba)a del rotor, dentro de la sección a)ustable 4bent

housing8

>ransmite la velocidad rotacional y el tor'ue hacia la sección giratoria y de esta ala barrena.

na )unta universal convierte el movimiento excntrico del motor en un movimiento

concntrico dentro de la sección rotatoria.


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Fig..3 S%%i&! ' ra!,0i,i&!


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:.1.B.B Secci3$ de !da#ie$t% ; %ecci3$ "i!at!ia


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:.2 E%ta5i*i-ad!e%

@stos son unos tramos cortos de tubería 4%ubs8, posicionados entre los

lastrabarrenas con el fin de mantenerlos centrados dentro del hueco, mantener el

po#o derecho y por medio de la acción de corte mantener el diámetro correcto en

las paredes del po#o. @l diámetro completo del po#o de consigue con unas

KcuchillasL montadas en el cuerpo del estabili#ador, las cuales pueden estar

hechas de aluminio o caucho maci#o, o más com*nmente, de acero con insertos

de carburo de tungsteno dispuestos en las caras cortantes. (os estabili#adores se

pueden clasificar como de cuchillas rotantes o no rotantes, o como de cuchillas

espirales o rectas.

(a sarta de perforación necesita ser estabili#ada a fin de conseguir una me)or

geometría y control de la dirección del po#o. (os po#os verticales o desviados

re'uiere la ubicación adecuada de los estabili#adores en el agu)ero de fondo.

Fig. .5E,a-i+i*a'$r,


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le ubica hacia la base del sub


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:.B C!%%>Oe!%(os cross6overs son pe'ueas secciones de tubería 'ue permiten conectar

entre sí tuberías y lastrabarrenas de diferente rosca y diámetro.

Fig. .1/ Cr$,,O>r,

:. Ma!ti**%


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(os martillos son herramientas diseadas para proporcionar golpes de alto

impacto, en sentido hacia arriba o hacia aba)o sobre la sarta de perforación. (a

dirección para la cual se active el martillo depende del movimiento de la tubería

cuando ocurrió la pega. n golpe hacia aba)o se obtendrá si la tubería estaba

'uieta o movindose hacia arriba. n golpe hacia arriba se obtendrá si la tubería

se está moviendo hacia aba)o. (a mayoría de las situaciones de pega resultan

cuando la tubería se está moviendo hacia arriba o cuando está 'uieta, por lo tanto

el martilleo hacia aba)o es el más com*n.

Para liberar la tubería se necesita 'ue el )ar est por encima del punto de

pega, por eso se les ubica a los martillos en la parte superior del ensambla)e de

fondo 4FA8, siempre arriba de los estabili#adores y otras herramientas de mayor

diámetro susceptibles a pegarse.

(os martillos pueden ser activados hidráulicamente o mecánicamente, pero ambos

funcionan con el mismo principio. @ste es 'ue el martillo consiste en un tubo de

diámetro mayor el cual está unido a la sarta de aba)o 4la 'ue está pegada8 y un

mandril de diámetro inferior, unido a la tubería libre arriba, el cual puede desli#arse

liberando una gran energía 4aceleración y fuer#a8 rápidamente bien sea hacia

arriba o hacia aba)o.

• (os martillos hidráulicos, funcionan con una demora de tiempo producida

por la liberación del fluido hidráulico. =uando se extiende el mandril, el

fluido hidráulico se libera lentamente a travs de un pe'ueo orificio.

+urante varios minutos la abertura contin*a abierta pero es restringida por

la capacidad hidráulica. @ntonces otro canal de fluido de diámetro grande

se abre permitiendo un flu)o grande y una rápida y sin restricción la apertura

del Jar, llamada golpe. Al final del golpe, normalmente de 5L para martillosde :L de diámetro, un gran golpe es efectuado por la rápida desaceleración

de la sarta sobre el Jar, la cual estaba acelerada durante el movimiento del

mecanismo del Jar.


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:. S(c>S+5%@ste se posiciona directamente sobre la barrena cuando la dure#a de la formación

hace golpear la barrena sobre el fondo. @stán diseados para absorber estos

impactos con el fin de prevenir daos en el resto de la sarta de perforación. @sto

se hace por medio de resortes o de empa'ues de caucho.

Fig. . 1S@$%,(-,


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CAP7TULO B4

Fa**a% ;&e!aci$e% de!e%cate e$ *a %a!ta

de &e!)!aci3$


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B.1 P!&iedade% de *% #ate!ia*e%%abemos bien 'ue los materiales u ob)etos supuestamente son rígidos y

totalmente sólidos. %in embargo, se ha comprobado 'ue los cables y tuberías

pueden alargarse y romperse, 'ue los elastómeros se comprimen y algunos

pernos rompen, etc. Por lo tanto, es necesario estudiar las propiedades mecánicasde la materia, para tener una comprensión más completa de stos efectos, por lo

'ue a continuación expondr y anali#ar algunos conceptos básicos de dichas

propiedades para 'ue así puedan comprenderse me)or los tipos de fallas 'ue

ocurren en la sarta de perforación.

B.1.1 L8#ite e*%tic ; &+$t de cede$cia%e define como cuerpo elástico, a a'uel 'ue recobra su tamao y su forma original

despus de actuar sobre l una fuer#a deformante. @s conveniente establecer

relaciones de causa y efecto entre la deformación y las fuer#as deformantes para

todos los cuerpos elásticos.

Cobert FooGe fue el primero en establecer esta relación por medio de la invención

de un volante de resorte de relo). @n trminos generales, FooGe descubrió 'uecuando una fuer#a 4!8 act*a sobre un resorte produce en l un alargamiento 4x8

'ue es directamente proporcional a la magnitud de la fuer#a, como puede

observarse en la figura.


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Fig.


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'ue la ley se pueda aplicar de un modo más general, es conveniente definir los

conceptos de esfuer#p y deformación.

@l esfuer#o se refiere a la causa de una deformación elástica, mientras 'ue la

deformación, se refiere a su efecto, en otras palabras, a la deformación en símisma.

@n la figura ;.2 se muestran tres tipos de esfuer#os y sus correspondientes

deformaciones, a saber-

@sfuer#o de tensión, se presenta cuando las fuer#as iguales y opuestas se

apartan entre sí.

@sfuer#o de compresión, las fuer#as son iguale, opuestas y se acercan entresí.

@sfuer#o cortante, ocurre cuando las fuer#as iguales y opuestas no tienen la

misma línea de acción.

Fig.


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@sfuer#o, es la ra#ón de una fuer#a aplicada entre el área sobre la 'ue act*a

4GgNcm2,lbNpulg2,eniendo como base los conceptos anteriores, podemos definir el límite elástico

como el esfuer#o máximo 'ue puede sufrir un cuerpo sin 'ue la deformación sea

peamanente. Por e)emplo si a una tubería de perforación se le proporciona un

esfuer#o mayor 'ue su límite elástico, esto no significa 'ue la tubería se romperá

en ese punto, si no 'ue *nicamente la tubería de acero no recuperará su tamao

original. Asimismo, se puede decir 'ue el punto de cedencia o fluencia es el valor

'ue se alcan#a de un esfuer#o, mayor del límite elástico, al cual el

material contin*a deformándose sin 'ue haya incremento de la carga.

@l mayor esfuer#o al 'ue se puede someter una tubería de acero sin 'ue se

rompa, se le denomina límite de rotura. +e acuerdo al experimento de C. FooGe y

los conceptos estudiados de esfuer#o, deformación y límite elástico, la ley de

hooGe establece-

%iempre 'ue no exceda el límite elástico, una deformación elástica es

directamente proporcional a la magnitud de la fuer#a aplicada por la unidad

de área 4esfuer#o8.

+uctilidad y módulo de elasticidad

(os metales, 'ue son de especial importancia en la tubería de perforación, tienen

tambin otras propiedades importantes además de las anteriores descritas, como-

+ure#a. Cesistencia del metal a la penetración o la deformación.


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+uctilidad. =apacidad del metal para deformarse plásticamente sin fracturarse,

medida por elongación o reducción de área en una prueba tensil.

"aleabilidad. =aracterística de los metales 'ue permite una deformación plástica

en compresión sin rotura.

@s preciso conocer todas estas propiedades antes de elegir metales para

propiedades específicas.

@l módulo de eslasticidad 4longitudinal8, se puede definir como la medida de

rigide# de un metal, o en otras palabras, como la ra#ón del esfuer#o, dentro del

límite proporcional, a una deformación correspondiente. >ambin se le puede

denominar como módulo de Young y se expresa con la siguiente

ecuación-

(as unidades el módulo de Young son las mismas 'ue las unidades de esfuer#o.

>eniendo presente 'ue la deformación longitudinal es una cantidad 'ue no tiene

medidas 4adimensional8.

Ad'uirido el conocimiento de los conceptos básicos de las propiedades mecánicas

de los materiales y de la ley de FooGe, a continuación se representan en la gráfica

de esfuer#o6deformación para el acero, para una mayor compresión de los

mismos.


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B.2 P!+e5a% de d+!e-a(as propiedades mecánicas de los materiales se determinan por medio de

pruebas en el laboratorio, el material estructural, como en el caso del acero, se

somete a una serie de exámenes en los 'ue se obtiene su resistencia. (a prueba

de dure#a puede medirse por varias pruebas como rinell, CocGEell o

microdure#a. na forma práctica para probar la dure#a del material puede ser con

una lima de dure#a estandari#ada, suponiendo 'ue un material 'ue no puede ser

cortado por la lima es tan duro como la lima o más 'ue ella, en donde se utili#an

limas 'ue abarcan gran variedad de dure#as.

$rado Cesistencia a la cedencia

4lbsNpul28

+ure#a

rinell CocGEell6=

>ubería de perforación

@ ?;DDD 22D62:D 1762?

67; 7;DDD 23D627D 2269D

$ 4x61D;8 1D;DDD 2;D691D 23692>ubería de producción

ubería de revestimiento


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B.9 P!+e5a% $ de%t!+ctia%na prueba no destructiva es el examen de un ob)eto efectuado en cual'uier

forma 'ue no impida su utilidad futura. Aun'ue en la mayoría de los casos, las

pruebas no destructivas no dan una medición directa de las propiedades

mecánicas, son muy valiosas para locali#ar defectos en los materiales 'ue

podrían afectar el funcionamiento de una pie#a en una má'uina cuando entra en

servicio o 'ue se tenga una falla en su resistencia si forma parte de su estructura.

na inspección no destructiva, es la aplicación de mtodos 'ue no destruyen la

pie#a para determinar su conveniencia de uso. +ichos mtodos pueden ser por

partículas magnticas, por penetración de un tra#ador 4lí'uidos penetrantes8 etc.

(a inspección más económica y práctica en el campo en las operaciones de

perforación y mantenimiento de po#os es inspección por penetración de un

tra#ador, mtodo 'ue consiste en determina la existencia y extensión de

discontinuidades 4fracturas8 'ue están abiertas a la superficie en la pie#a 'ue se

inspecciona, las indicaciones, se hacen visibles a travs del empleo de un tinte o

agente 'uímico fluorescente en el lí'uido utili#ado como medio de inspección.

@l tra#ador es un lí'uido con ba)a tensión superficial 'ue fluye dentro de las

aberturas superficiales de la pie#a 'ue se inspecciona con tinte o agente 'uímico,

para hacerlo visible más fácilmente en condiciones normales de iluminación.


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;.3 Análisis de esfuer#os a 'ue someten las tuberías@l instituto americano del petróleo 4AP08 tiene establecido 'ue para el diseo de

sartas de traba)o sean considerados los tres esfuer#os principales a 'ue son

sometidas las tuberías de perforación-

• >ensión

• =olapso

• >orsión

Pero la tubería de perforación no solo está sometida a estos tres esfuer#os si no

'ue tam

monografia para perfo ii

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