TRÉPANOS. ESCUELA DE COMPANY MAN
ESCUELA DE COMPANY MAN MÓDULO DE ESPECIALIDAD TEMA: Trépanos Enero 2013
Código: PER04-TRE
PERFORACIÓN.
En la industria minera Perforación significa efectuar un hoyo en un terreno mediante una herramienta llamada Trepano, Mecha, Broca, TREPANO e internacionalmente Bit. Para PERFORAR precisamos aplicar sobre el trepano una combinación de: Peso: Para que la estructura cortadora del trepano se hunda en el terreno. P.S.T.(peso aplicado sobre el trepano) Rotación: Para que al girar la estructura cortadora desplace la porción de terreno cortado. R.P.M.(revoluciones por minuto) Caudal: Para transportar hasta la superficie el volumen de terreno que se va desprendiendo. Q: (caudal bombeado al trepano). El Equipo Perforador - (Drilling Rig), cuenta con los elementos/herramientas, necesarios para aplicar los parámetros ideales para perforar. P.S.T. Sobre el trépano se van roscando tubos de 9 mts. promedio cada uno llamados porta mechas Drill Collars, los cuales por estar construidos en acero y al gran espesor de su paredes obtienen una rigidez y un peso que se transmite al trepana, y que por lógica se incrementa a medida que se van enroscando (agregando) mas porta mechas, incrementándose más aun con el agregado sobre los porta mechas de las barras de sondeo - Drill pipe, a medida que se va profundizando. R.P.M: La velocidad de rotación la va regulando el perforador según la dureza del terreno que va atravesando. En la rotación convencional la rotación de la mesa Rotary se genera a través de la transmisión de dicho movimiento mediante un sistema de cadenas o cardan desde los motores del equipo afectados al cuadro de maniobras/transmisión. El movimiento de rotación de la mesa Rotary a la columna de sondeo se transmite por medio del buje de impulso que encaja en el buje maestro de la mesa Rotary y el su vez es solidario al vástago Rotary-Kelly, el cual esta roscado a la columna de sondeo. Q: En un equipo perforador se cuenta al mínimo con dos bombas –Pumps-, para bombear el caudal de lodo – Mud-, requerido para: Evacuar a la superficie el terreno perforado, sujetar las paredes del pozo, evitar las surgencias de las formaciones, atravesadas
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refrigerar la columna de sondeo, limpiar la estructura cortadora del trepano, etc. Las bombas podrán trabajar individualmente o en conjunto; en paralelo. El perforador será el encargado de accionar por medio de un panel comando, todos los movimientos mecánicos, hidráulicos/neumáticos, para perforar o maniobrar la herramienta: Accionar bombas, regular caudal de bombeo, accionar mesa rotary, regular velocidad de rotación, accionar manualmente la palanca de freno, regular peso aplicado sobre el trepano. accionar manualmente la palanca de freno, subir y bajar el aparejo principal en maniobras de perforación o de sacado y bajado de herramienta, accionar el enroscador neumático de vástago Rotary-Kelly Spiner, para enroscar trépano, sondeo, accionar los comandos para aplicar el torque necesario para el ajuste del sondeo o trepano, mediante las llaves de ajuste. accionar el caudal de aire comprimido para la limpieza de uniones y demás herramientas, accionar los comandos necesarios para el cambio de marchas en la transmisión., etc. También tendrá los manómetros para controlar la presión de aire del circuito neumático. Por otro lado en un panel rectangular llamado comúnmente Martln Decker, Tendrá a la vista los relojes necesarios para verificar: Peso total de la herramienta en el pozo. Peso aplicado sobre el trepano. Revoluciones de la mesa Rotary. Torques de herramienta en el pozo. Emboladas por minuto de la bomba que esté utilizando para bombear lado al pozo. Presión de bombeo de esta bomba, torque de ajuste de sondeo, etc.
COMPONENTES DE UN TREPANO
El cuerpo de un trepano tricónica, consiste en: a) Una conexión roscada (piñón) que une el TREPANO con una doble caja del mismo diámetro de los TREPANOS. b) Tres ejes (muñón) del cojinete en donde van montados los conos.
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c) Tres conos. d) Los depósitos que contienen el lubricante para los cojines. e) Los orificios (toberas) a través de los cuales el fluido de perforación fluye para limpiar del fondo el recorte que perfora el TREPANO. f) Cortadores (dientes o insertos). g) Hombro del TREPANO.
El cuerpo de una barrena pdc, consiste en: a) Una conexión roscada (piñón) que une la barrena con una doble caja del mismo diámetro de laslastrabarrenas. b) Numerosos elementos de corte policristalino (cortadores). c) Aletas (en algunos modelos). d) Los orificios (toberas) a través de los cuales el fluido de perforación fluye para limpiar del fondo elrecorte que perfora la barrena. e) Hombro de la barrena.
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CONOCIMIENTOS GENERALES DE BARRENAS
En la actualidad existen varios tipos de barrenas para la perforación de pozos petroleros que difieren entre sí, ya sea en su estructura de corte o por su sistema de rodamiento, por ejemplo, cuando son detrás conos o por los materiales usados en su construcción. De acuerdo con lo anterior, las barrenas se clasifican en: Barrenas tricónicas. Barrena de cortadores fijos. Barrenas especiales.
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BARRENAS TRICÓNICAS
Las barrenas tricónicas tienen 3 conos cortadores que giran sobre su eje. Por su estructura de corte se fabrican de dientes y de inserto de carburo de tungsteno.
Por su sistema de rodamiento pueden ser de balero sellado (Figura 5.8), de balero estándar (5.9 y de chumaceras (5.10).
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Actualmente las barrenas tricónicas sólo son usadas en las primeras etapas de la perforación. Una de las situaciones importantes que deben tomarse en cuenta para una correcta instalación de las barrenas tricónicas, es su apriete, ya que un apriete excesivo puede fracturar el piñón, por otro lado un apriete deficiente, puede ocasionar la pérdida de la barrena en el fondo del pozo. En la siguiente tabla se mencionan el tipo de conexión, apriete, peso sobre barrena y revoluciones por minuto.
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BARRENAS DE CORTADORES FIJOS
Las barrenas de cortadores fijos son cuerpos compactos, sin partes móviles, con diamantes naturales o sintéticos incrustados parcialmente en su superficie inferior y lateral que trituran la formación por fricción o arrastre. Se dividen en: Barrenas de diamante natural Barrenas de diamante térmicamente estable (TSP) Barrenas compactas de diamante Policristalino (PDC) Barrenas de diamante natural Las barrenas de diamante natural tienen un cuerpo fijo cuyo material puede ser de matriz o de acero Su tipo de corte es de diamante natural (el diamante es el material más duro hasta ahora conocido) incrustado en el cuerpo de la barrena. El uso de estas barrenas es limitado en la actualidad, salvo en casos especiales para perforar formaciones muy duras y abrasivas.
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Las barrenas térmicamente estable (TSP). Son usadas para perforar rocas duras, por ejemplo caliza dura, basalto y arenas finas duras, entre otras.
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Barrenas de compacto de diamante Policristalino (PDC) Las barrenas PDC pertenecen al conjunto de barrenas de diamante con cuerpo sólido y cortadores fijos.
Su diseño de cortadores está hecho con diamante sintético en forma de pastillas (compacto de diamante), montadas en el cuerpo de los cortadores de la barrena, pero a diferencia de las barrenas de diamante natural y las TSP, su diseño hidráulico se realiza con sistema de toberas para lodo, al igual que las barrenas tricónicas. Este tipo de barrena es la más utilizada en la actualidad para la perforación de pozos petroleros. Barrenas especiales Las barrenas especiales pueden ser de dos tipos: ampliadoras o bicéntricas y se utilizan para operaciones tales como: la ampliación del diámetro del agujero, ya sea desde la boca del pozo (superficial) o desde una profundidad determinada.
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TRÉPANOS TRICONO DE IDENTIFICACIÓN IADC
En 1973 la IADC - International Asociatión of Drilling Contractors-Asociación Internacional de Contratistas de Perforación aprobó y adopto una nueva nomenclatura estandarizada para trépanos triconos, su finalidad fue crear un nuevo sistema de clasificación para ayudar a eliminar confusiones entre los contratistas y personal de las compañías operadoras al existir diferentes sistemas de codificación por parte de los fabricantes. Al establecer el sistema de clasificación, la IADC escogió un sistema numérico de tres dígitos que clasifica: 1. Trépanos con estructura cortadora de dientes fresados o de insertos, distribuidos en ocho (8) series. 2. Tipos de dureza dé formación, cuatro (4) por cada serie. 3. Una nomenclatura que describe ciertas características mecánicas comunes a los trépanos de dientes fresados y a los trépanos de insertos. El primer dígito es una clasificación de serie y se refiere a la estructura de corte. El segundo dígito, que se denomina tipo,
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es una subclasificación de dureza de la formación con números de 1 a 4 que describen la dureza de la formación más blanda a más dura dentro de cada serie. El tercer dígito en el código IADC es una clasificación de características, indica características mecánicas o de diseño comunes a trépanos de dientes fresados o de insertos. Para simplificar el sistema, se decidió designar cada trepano con una clasificación distintiva. La IADC reconoce que hay muchos trépanos que pueden perforar eficientemente en un amplio rango de formaciones y así lo ha incluido en su formato de clasificación. La IADC ha solicitado a los fabricantes de trépanos que impriman en la caja el numero IADC de tres dígitos conjuntamente con su propio sistema de codificación. Para evitar confusión entre los tipos de barrenas equivalentes en relación con sus distintos fabricantes se creó el código IADC (Asociación Internacional de contratistas de perforación), de clasificación de tres dígitos, como se ilustra en la tabla.
Como ejemplo de lo anterior, describiremos un tipo de barrena correspondiente a tres dígitos.
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Si tenemos una Barrena tipo 527. El primer dígito identifica el sistema de corte, en este caso tenemos una barrena de dientes de inserto para formación blanda. El segundo dígito nos da a conocer la dureza de la formación, y aquí corresponde a una medio suave. El tercer dígito corresponde al sistema de rodamiento, siendo para esta barrena, de chumacera sellada y protección al calibre.
Código IADC para barrenas de cortadores fijos La finalidad del código IADC (Asociación Internacional de Contratistas de Perforación) es solamente un medio para agrupar el aspecto general de las barrenas de cortadores fijos. A diferencia de la clasificación IADC para barrenas tricónicas, el código IADC para barrenas de cortadores fijos no los relaciona con la formación por perforar. Únicamente se pueden identificar sus características más elementales. La elección de tipos específicos de barrenas debe hacerla una persona que esté bien enterada de la tecnología de barrenas así como de su disponibilidad. La clasificación se representa mediante un código de cuatro cifras: 1. Material del cuerpo: De acero o de matriz 2. Densidad de cortadores: Para barrenas PDC, este dígito va de 1 a 5. Mientras más bajo es el número, menos cortadores tiene la barrena. 3. Tamaño de los cortadores: Este dígito indica el tamaño de cortador que se usa. Puede ser 1, 2 o 3, de diámetro en orden descendente. 4. Forma: El último dígito indica el estilo general del cuerpo de la barrena y varía de 1 (forma achatada) a 4 (flanco largo).
CLASIFICACIÓN DE TOBERAS.
La tobera juega un papel muy importante en la perforación de un pozo, ya que por medio de las toberas se nota el avance de la barrena. Existen 3 tipos de toberas: Roscables (hexagonal y cuadrado) (figuras 5.16 y 5.17). De clavo o seguro (figura 5.18). De candado (figura 5.19).
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EVALUACIÓN DE BARRENAS.
Calibración La calibración en las barrenas, se realiza para medir el desgaste que han tenido en el transcurso de las horas-trabajo de éstas. El calibrador que se utiliza para las barrenas tricónicas es una regla en forma triangular que mide el desgaste de los conos. En caso de que no se cuente con un calibrador de fábrica, se utiliza una lámina de acero, en forma de anillo, con agarradera, y una regla. El anillo deberá tener el diámetro de la barrena que se va a usar. Este anillo se utiliza para calibrar las barrenas de diamante policristalino y las tricónicas. Cuando la barrena es nueva el anillo deberá entrar ajustado. Cuando sale la barrena del pozo, se vuelve a medir indicando desgaste cuando tenga juego el anillo calibrador, procediendo a medir con la regla para determinar el porcentaje de desgaste que tuvo la barrena. La calibración de las barrenas es de mucha utilidad para saber el desgaste en el diámetro de la misma, y así al meter la barrena nueva se evitara un acuñamiento de la sarta por reducción del agujero. La clasificación y evaluación subsecuentes del grado y tipo de desgaste de una barrena usada, desempeña un papel muy importante en el proceso de perforación.
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DESGASTE PARA BARRENAS DE DIENTES DE ACERO
DESGASTES DE DIENTES
A continuación se explican los códigos de desgaste más usados y aceptados en el campo de la perforación. T0 = Diente nuevo. T1 = Desgaste de 1/8 de la altura original del diente. T2 = Desgaste de 1/4 de la altura original del diente. T3 = Desgaste de 3/8 de la altura original del diente. T4 = Desgaste de 1/2 de la altura original del diente. T5 = Desgaste de 5/8 de la altura original del diente. T6 = Desgaste de 3/4 de la altura original del diente. T7 = Desgaste de 7/8 de la altura original del diente. T8 = Desgaste total del diente.
DESGASTE DE BALEROS
El desgaste de los baleros debe considerarse también según la escala de octavos. Para balero nuevo B0 y balero desgastado 100%, B8. Cuando los baleros se atraviesan en la superficie de rodamiento (pista) y traban el cono, se considera B6. Cuando uno o varios rodillos se han quedado fuera del cono, se considera B8. Es decir: B0 = Vida del balero desgastado 0. B1= Vida del balero gastado 1/8. B2 = Vida del balero desgastado 1/4 (todavía ajustados). B3 = Vida del balero gastado 3/8. B4 = Vida del balero gastado 1/2 (algo flojos). B5 = Vida del balero gastado 5/8. B6 = vida del balero gastado 3/4 (muy flojos), trabados. B7 = Vida del balero gastado 7/8. B8 = Vida del balero gastado 8/8 (baleros perdidos y/o conos trabados)
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Ejemplo: T2-B4-DI (Dientes desgastados 1/4, media vida de baleros, algo flojos, sin desgaste en el calibre). T6-B6-1/2” (Dientes desgastados 3/4, balero muy flojos y diámetro reducido 1/2 pg). Toda la información relacionada con las barrenas utilizadas en la perforación de un pozo se debe anotar en un formato conocido como registro de barrenas (o récord de barrenas) para su consulta inmediata o mediata. CÓDIGO DE DESGASTES PARA BARRENAS DE INSERTOS
Los métodos para evaluar y codificar los desgastes pueden ser tan sofisticados como se desee, pero es prudente tener en cuenta que el objetivo de ellos es proporcionar la información suficiente para la selección adecuada de las barrenas que se utilizarán en los pozos futuros de la misma área. El o los métodos de evaluación y codificación de desgastes deben ser claros y sencillos en su interpretación. Por eso se sugiere la nomenclatura siguiente para las barrenas de insertos, con la advertencia de que puede ser modificada de acuerdo con las necesidades particulares de cada área, sin que pierda por ello la sencillez de su interpretación.
ESTRUCTURA DE CORTE.
Observación general. T2 - Una cuarta parte de los insertos totales se han desgastado, roto o perdido. T4 - La mitad de los insertos totales se han desgastado, roto o perdido. T6 - Tres cuartas partes de los insertos totales se han desgastado, roto o perdido. T8 - La totalidad de los insertos se han desgastado, roto o perdido.
SISTEMA DE RODAMIENTO.
Se observa y estima el porcentaje de vida de rodamientos, gastada en el cono que presente el peor estado. B2 - Una cuarta parte de vida gastada. B4 - La mitad de la vida gastada. B6 - Tres cuartas partes de la vida gastada. B8 - Vida totalmente gastada.
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CUADRO PARA LA SELECCIÓN DE TREPANOS
TRÉPANOS CON INSERTOS DE CARBURO DE TUNGSTENO
FORMACIONES BLANDAS Formaciones normalmente perforadas: Esquistos arcillosos, areniscas rojizas, sal, arenas, calcáreos blandos. Tipos de trépanos a emplear: 437-447-517-527537-547.
FORMACIONES MEDIANAS Formaciones normalmente perforadas: Calcáreos, dolomitas, pedernal, esquistos arenosos.
FORMACIONES DURAS Formaciones normalmente perforadas: Calcáreos, dolomitas, pedernal, esquistos arenosos. Tipos de trépanos a emplear: 737-817-834
Tipos de trépanos a emplear: 617-627-637-647.
TREPANOS CON DIENTES DE ACERO
FORMACIONES BLANDAS Formaciones normalmente perforadas: Esquistos blandos, arcillas, arenas no consolidadas, areniscas rojizas, sal. Tipos de trépanos a emplear: Con cojinete estándar: 111-121-131 Con cojinete sellado: 114-124-134 Con cojinete journal: 116-126-136
FORMACIONES MEDIANAS Formaciones normalmente perforadas: Esquistos duros, areniscas, calcáreos.
FORMACIONES DURAS Formaciones normalmente perforadas: Arenas duras, calcáreos con pedernal, granito, pedernal. Tipos de trépanos a emplear:
Tipos de trépanos a emplear: Con cojinete estándar: 211-221-231 Con cojinete sellado: 214-224-234 Con cojinete journal: 216
Con cojinete estándar: 321 Con cojinete journal: 316-336-346
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