Post on 03-Apr-2015
PRINCIPIOS BASICOS
BARRENAS DE PERFORACION REEDHYCALOG
AGENDA • PRESENTACION. • CONCEPTOS BASICOS BARRENAS PDC. • CONCEPTOS BASICOS BARRENAS
BICENTRICAS • CONCEPTOS BASICOS BARRENAS
IMPREGNADAS • CONCEPTOS BASICOS BARRENAS
TRICONICAS. • CONCEPTOS BASICOS DE AMPLIACIÓN DE
AGUJERO: ING. SOFIA REYES. • EXAMEN.
TERMINOLOGÍA PARA ESTA PRESENTACIÓN
EN INGLÉS : BIT
EN CASTELLANO : TREPANO : BARRENA : BROCA
: MECHA
BARRENABARRENA ?
TIPOS DE BARRENAS
Barrenas PDC (Cortadores Fijo) Barrenas Triconicas
(Partes Móviles)
Otras Herramientas ReedHycalog.
Bicenter ó Bicéntricas
Impregnadas (Motor y Turbina)
Ampliadores Excentricos
Ampliadores Hidraúlicos Concéntricos (AnderReamer)
V-Stab
Black Box
ALETA
BOQUILLA O TOBERA
AREA DE DESALOJO DE RIPIOS
PARTES BARRENA PDC
• (Policrystalyne Diamand Compact).
TIPOS DE BARRENAS PDC
• BARRENAS CON CUERPO DE MATRIX
O CARBURO DE TUNGSTENO. • BARRENAS CON CUERPO DE ACERO.
BARRENAS CON CUERPO DE MATRIX O CARBURO DE TUNGSTENO.
BOQUILLA INTERCAMBIABLE
CORTADOR • DE LA CARA • DEL CALIBRE • RIMAR SALIENDO
BOQUILLA FIJA
NUCLEO DE ACERO
RANURA PARA SOLDAR
BISEL
RANURA PARA PLACA DE SUJECION
CARA DE ENROSQUE
ESPIGA API
RECINTO DEL VASTAGO
VASTAGO
CONO
MATRIZ DE CARBURO DE TUNGSTENO
NARIZ O TROMPA
FLANCO
HOMBRO
DIAMANTES DE PROTECCION DEL CALIBRE
BARRENAS CON CUERPO DE ACERO.
BOQUILLA INTERCAMBIABLE CORTADOR
• DE LA CARA • DEL CALIBRE
BOQUILLA FIJA
BISEL
RANURA PARA PLACA DE SUJECION
CARA DE ENROSQUE
ESPIGA API
RECINTO DEL VASTAGO
VASTAGO
CONO
CUERPO DE ACERO
NARIZ O TROMPA
FLANCO
HOMBRO
INSERTOS DEL CALIBRE CALIBRE
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Tipo de Perfil
Estructura de Corte
Cuerpo
Numero de Aletas Material del Cuerpo Estabilidad
Hidráulica Calibre
Barrena
Tamaño Cortador
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
• Perfil de la Barrena. – Cono
• Cono Profundo, Mayor Estabilidad. – Nariz.
• Densa, Mayor Durabilidad. – Hombro.
• Hombro Largo, Mayor cantidad de cortadores – Perfil Recto, Mayor Estabilidad.
CONO NARIZ O TROMPA
FLANCO
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
• Características del Cono
Deep Cone - Greater Stability
Shallow Cone - Greater Steerability
• Steerability/ROP/Stability Profile Anisotropy Index Description
A 1 Long TaperB 1.31 Medium TaperC 1.44 Short-medium TaperD 1.56 Short TaperE 1.59 Short-flat TaperF 1.69 Flat
PERFILES COLA DE PESCADO CORTO
MEDIO LARGO
SELECCION DE CORTADORES
• OBJETIVOS DE DISEÑO
• PERFORAR AMPLIA GAMA DE FORMACIONES.
• BRINDAR CONSISTENTEMENTE ALTA ROP.
• LARGA VIDA PARA LA BARRENA. • BAJO COSTO.
•NORMALMENTE SE REQUIERE UN BALANCE
CANTIDAD DE CORTADORES Vs. DUREZA DE LA ROCA
ROP
No of Cutters Cost
Bit Life
+ -
+ -
- -
+ +
CANTIDAD DE CORTADORES Vs. DUREZA DE LA ROCA
Fewer Cutters
Smaller Cutters
More Blades
More Cutters
Larger Cutters
Fewer Blades
Soft Hard
TAMAÑO DE CORTADORES
8 mm 11 mm
13 mm 16 mm
19 mm
8 mm 11 mm
13 mm 16 mm
19 mm
19 mm 13 mm
8 mm 13 mm 19 mm
TIPOS DE CORTADORESCILINDRO POSTE O BASTON
Manufactura de Diamante Sintético y PDC.
Diamante y Grafito
• Las dos formas sólidas del Carbono son Grafito y Diamante
• La diferencia principal entre estas dos formas es la estructura cristalina
• El Grafito es eslanzado en dos dimensiones, haciéndolo débil y suave
• El Diamante es firmemente enlazado en tres dimensiones y es duro y quebradizo
Diamante
Grafito
Estructuras Atómicas
• El diagrama de equilibrio del carbono muestra que el diamante es estable a altas presiones y temperaturas.
• El grafito es estable a presión y temperatura ambiente.
• El diamante no es estable a temperatura ambiente y se con-vertirá en Grafito si se calienta
• Por lo tanto, para hacer diamante sintético (y PDC), se requieren altas temperaturas, donde el diamante es estable.
Diamante y Grafito
Diamante Monocristalino Sintético
• 1954 – Primer proceso repetible – Material logrado a relativa baja presión y temperatura
Fundamentos de la Manufactura de PDC
• Cobalto proveniente del subestrato de carburo se funde y se infiltra en en el polvo de diamante
• Esto hace que las partículas de diamante se unan entre sí.
• De esta forma, partículas de diamante monocristalino se aglomeran en una única masa policristalina (PDC)
• El cobalto tambien forma un enlace con el subestrato de carburo de tungsteno, dando como resultado un componente integral • Despues del ciclo de prensado, se deja enfriar el cubo y entonces se abre
Carburo de Tungsteno cementado con Cobalto
Mezcla de Cobalto/Diamante en la interfaz
Capa de Diamante Policristalino
Fundamentos de la Manufactura de PDC
Fundamentos de PDC
• PDC significa Compacto de Diamante Policristalino • Los components del PDC consisten en una capa de diamante policristalino unido a un subestrato de carburo de tungsteno cementado con cobalto • La estructra completa se conoce como „Compacto‟
Manufactura de PDC en ReedHycalog
• ReedHycalog se distingue actualmente en que somos los únicos que diseñamos y fabricamos todos los cortadores PDC usados en nuestras brocas.
• El Grupo de Producción de ReedHycalog cuenta con más de 50 especialistas
• Este enfoque estratégico representa una enorme inversión en gente y equipo
• Las prensas utilizadas cuestan más de 1,5 MM $ cada una
• ReedHycalog actualmente tiene 3 prensas
Prensa de PDC
El proceso de “enlatado”• Polvo de diamante, teniendo una
mezcla específica de cierto tamaño de partículas, se coloca en una “lata” de metal refractario
• Se coloca dentro de una caja especial en una atmósfera inerte
• Un subestrato de carburo de tungsteno es entonces colocado en el tope del polvo de diamante
• Una segunda lata externa es colocada sobre el subestrato
• Seguidamente el ensamblaje de la lata es sellado mecánicamente para extraer todo el aire
El proceso de “enlatado”
Ensamblaje del cubo
• Dos ensamblajes de latas se colocan dentro del cilindro calentador de grafito con anillos de sal
• La sal se usa para aislar las latas y sus contenidos de la corriente eléctrica que pasará a través del calentador de grafito
• El ensamblaje del calentador se coloca dentro de un cubo de Pirofilita (Pyrophillite)
Cilindro calentador de Grafito
Anillos de Sal Ensamblaje de la caja
• Una termocupla se inserta dentro
del ensamblaje para supervisar la temperatura.
• El cubo ensamblado se pinta con un material de alta fricción antes de ser colocado en la prensa
Ensamblaje del cubo
Proceso de prensado del PDC • El cubo conteniendo el ensamblaje
con las latas se coloca dentro de la prensa
• La prensa comprime el cubo hasta alcanzar una presión interna de 70 Kbar (1.000.000 psi)
• Se hace pasar corriente Electrica a través del calentador para obtener una temperatura de 1400ºC (2500ºF)
Proceso de esmerilado y pulido • El compacto PDC se le somete a un
chorro de arenisca (grit blasted) para remover las rebabas
• El diámetro del componente es esmerilado y la cara de diamante es pulida
• Los cortadores PDC se colocan en un equipo para pulido
• El proceso de pulido le da una cara lisa y suave a los cortadores
• Esto también asegura que las superficies estén planas para facilitar una inspección de calidad detallada
Proceso de esmerilado del bisel • Cada cortador se coloca en un equipo especial • Se mecaniza un micro-bisel muy preciso alrede-
dor del borde del PDC
Control de Calidad
• 100% Visual • 100% Ultrasónico • 100% Tinte penetrante • 100% Dimensional
– Diámetro – “Planura” de la cara del PDC – Uniformidad y redondez
CORTADORES PDC • Un cortador PDC se hace mediante la
fusión de micro- partículas de diamante sintético (polvo de diamante) a una presión de 1 millón de lbs/plg2 y 1400ºC (2.500 °F) sobre un subestrato de carburo de tungsteno.
Carburo de Tungsteno
Diamante
1 MM lbs/plg2
1.400°C
A alta temperatura y presión
INTERFAZ
Carbide Substrate
Capa de Diamante Policristalino
Subestrato de Carburo de tungsteno
Capa de Diamante Policristalino
Subestrato de Carburo de tungsteno
A temperatura y presión ambiental
ENFRIAMIENTO
PDC de Interfaz plana (NPI)
Altos esfuerzos de tensión en la interfaz entre materiales
Altos esfuerzos compresivos en el diamante. Hace al dia- mante más duro.
Menores esfuerzos compresivos mientras más distante de la interfaz en el diamante más ancho. Menor resistencia al impacto
Esfuerzos Inherentes al proceso son mayores mientras más gruesa es la capa de PDC
• Interfaz No plana (“NPI”) reduce los esfuerzos en la interfaz entre el subestrato de carburo de tungsteno (C.T.) y el diamante policristalino
Interfaz No Plana (NPI)
• Interfaz No-Plana – Distribuye los esfuerzos de la interfaz – Reduce los esfuerzos máximos
puntuales – Incrementa La Resistencia al impacto – Paso de avance hacia “TRC”.
• Análisis de Elementos Finitos (FEA), pruebas de labora-torio y de campo han demostrado que el diseño NPI “Iris” reduce los esfuerzos entre el C.T. y el PDC – Por lo tanto mejora la resistancia al impacto
Diseño de Subestrato “Iris”
Cortadores TReX
• Capa Ultra Resistente al desgaste es térmicamente estable
• 400% más resistente a la abrasión que el PDC multimodal.
NPI Premium
Capa Ultra-Resitente al desgaste
0
0.5
1
1.5
2
0 0.5 1 1.5 2
MultiModal
NPI
Resistencia Relativa al Desgaste
Dur
eza
Rel
ativ
a
Top Right Corner (Esquina Superior Derecha)
T-REX
TReX vs. PDC
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
100
0 10 20 30 40 50 Pies
RO
P
TReX
PDC NPI
PDC Plano
Top Right Corner (Esquina Superior Derecha)
Capa de Diamante Policristalino
Capa Termoestable Ultra Resistente al desgaste
Subestrato de Carburo de Tungsteno
T-REX
Capa Ultra Resistente a la Abrasión • 400% más vida abrasiva • Termo estable 40% más vida Labio o borde aumenta el esfuerzo sobre la roca en el borde de corte
40% más ROP
Ventajas de TReX
• Perfora formaciones que previamente no ran perforables con PDC
• La inversión de la perforación se ha modificado debido al 40% más vida y ROP
• Menos viajes • Reduce costos de perforación
• Lleva la tecnología TReX al nivel superior.
• Para formaciones muy abrasivas
• Mantiene ROP por mayor tiempo
CONSIDERACIONES DE DISEÑO DISEÑO
ANGULO DE ATAQUE (“BACK RAKE”)
PDC
ALETA
g
El ángulo de ataque es el ángulo generado entre la cara del cortador y la formación, medido en la vertical. •Pequeños ángulos de ataque generan grandes profundidades de corte por lo cual se dice que el cortador es agresivo, ocasionando generalmente alto torque, un desgaste acelerado y grandes riesgos de daño por impacto.
•Altos ángulos de ataque generan profundidades de cortes pequeñas, torque reactivos relativamente bajas, buena ROP, y reduce el riesgo de daño por impacto.
ANGULO LATERAL
El ángulo lateral es la medida equivalente de la orientación del cortador de izquierda a derecha, siendo usualmente medidas relativmente pequeños.
BROCAS HÍBRIDAS FUNCION DE LOS HÍBRIDOS
• AUMENTAR ESTABILIDAD. • DISMINUIR TORQUE. • PROTECCION DE CORTADORES. • PROTECCION DEL CALIBRE. • AUMENTAR VIDA DE LA BROCA.
CUERPO DE ACERO CUERPO DE MATRIZ
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
ALETA ALETA
HÍBRIDOS
BROCAS HÍBRIDAS
SECUENCIA DE PERFORACION
ETAPA 1 ETAPA 2 ETAPA 3
CUERPO DE LA BROCA FUNCIONES DEL CUERPO
• SOSTENER CORTADORES Y BOQUILLAS • RESISTENCIA A ESFUERZOS EN EL HOYO • CONTROL DEL FLUJO • UNION A LA SARTA DE PERFORACION • VIDA DE LA BROCA • RESISTENCIA A ESFUERZOS EN EL HOYO • EXACTITUD DE CONSTRUCCION • CAPACIDAD DE REPARACION • LONGITUD DE LA BROCA
FUNCIONES DE LAS ALETAS
• SOSTENER LOS CORTADORES E
HIBRIDOS • AUMENTAR EXPOSICION DE
CORTADORES • SOPORTAR CARGAS
AXIALES/LATERALES • DEFINIR DIRECCION DE FLUJO
PROTECCION DEL CALIBRE: CUERPO DE ACERO
CUERPO DE MATRIZ
LONGITUD DE LA BARRENA
CUANDO ES IMPORTANTE
• PERFORACION DIRECCIONAL RADIO CORTO
• ACERCAR EL MOTOR A LA BROCA • ESTABILIZACION MUY CERCA DE LA
BROCA • PERFORACION HORIZONTAL
Sistema “Rotary Steerable”
• Herramienta de fuerza lateral o empuje de la broca
• Los “pads” se extienden dinámicamente
• Aplica Fuerza direccional Lateral
• Curvatura definida por 3 puntos de contacto
• Modelo “Push the Bit” (Empujando la broca)
Point The Bit (Apuntando la broca)
– Desvío de un eje impulsor contínuamente rotando dentro de una carcasa no rotatoria
– Se mantiene el eje de la broca en una posición inclinada con respecto a la dirección del hoyo
– Curvatura definida por 3 puntos de contacto
•“PowerDrive Exceed”
Sistema “Rotary Steerable”
– Rotación Contínua – Independiente del torque de
la broca –Tool face –Back rake
– Mejora la transferencia de peso
– Control Direccional 3D – Cambios mientras se perfora
–Hoyo más limpio y liso
–Eficiencia de perforación mejorada
Aplicaciones
– Pozos Direccionales
– Secciones Tangenciales
– Pozos tipo “Extended Reach”
Diseños de barrenas para RSS
•Direccionabilidad (Steerability)
•Estabilidad
•Durabilidad
– Perfil de la barrena, longitud del calibre
– Muy alta capacidad de Corte Lateral
– Lateral
– Torsional
– Desde el zapato hasta TD
– Extender La vida útil de la barrena
Conceptos Básicos
Zona 4:Calibre
Zona 3:Hombro
Zona 1:Cono Zona 2:Nariz
Características de Diseño
“Backrake” de los cortadores – Para estas barrenas:
– “Backrake” muy agresivos – Eficiencia de perforación mejorada – Aumento de “ROP”
– Areas clave: – “Backrake” en la nariz para mejorar “ROP” – “Backrake del hombro y calibre para maximizar la
capacidad de corte lateral.
Actual Wear Graph - Bit A v Bit B
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80 100 120Radius
% W
ear
Poly. (Bit A)
Poly. (Bit B)
Cortadores Secundarios – Cantidad de cortadores secundarios
optimizada
– Permite el uso de perfiles muy cortos y direccionables, manteniendo la densidad de cortadores
– Estudios de campo muestran 50% menor desgaste
– Prolonga la vida útil de la barrena
Características de Diseño
Radio (mm)
% D
esg
aste
Gráfica Desgaste Real (broca A vs. B)
Híbridos
– Mejoran la Estabilidad
– Colocados en el calibre
– Absorben parte de la carga
– Protegen a los cortadores PDC
– Elementos activos y no pasivos
– Controlan y no limitan
Protegen a los cortadores PDC
Elementos activos y no pasivos
Características de Diseño
Aleta
Características de Diseño
– La colocación de cortadores en el área del calibre es “No Agresiva”.
– Limitación de capacidad de motores
Barrenas convencionales
Pasiva
Activa
– Alta densidad – Angulos de ataque (“backrake”) bajos
• 15º Cono-Nariz • 20º Hombro-Calibre
– Alta exposición (3 mm) – Capacidad de corte lateral mejorada
Cortadores en Calibre Activo:
Principio de Direccionamiento
•“Carga y Arrastre”
–El Centro del sistema de direccionamiento siempre está “retrasado” con respecto al centro del hoyo
–Afecta la geometría del calibre y la durabilidad del hombro
Del “Power Drive”
Movimiento de la barrena
Centro del hoyo
Centro del sistema de direccionamiento
Fuerza de los bloques de empuje
Angulo de Inclinación
¿Qué es el Calibre Activo?
• Diámetro del cuerpo reducido
• Cortadores pre-aplanados del calibre reemplazados con cortadores normales
• Protección del calibre se ha eliminado
• Cortadores protegidos por híbridos
• Concentración Máxima de PDC.
„Calibre activo‟
RS130B1 de 12 ¼”
Calibre Activo – Condiciones de desgaste El uso de cortadores cilíndricos completos en el área del calibre para reemplazar la protección convencional no ha afectado la resistencia a la abrasión de dicha área.
RS130B1 Nueva Después de
7.640‟ (2.330m) DLS = 8.5•/100‟
Después de 13.205‟ (4.026m) DLS = 4,5•/100‟
Ventajas del Calibre activo
• El incremento de PDC en el calibre aumenta la Durabilidad
• La región del calibre más agresiva = capacidad mejorada de corte lateral
• Baja resistencia a la fricción en los puntos de contacto de los híbridos potencialmente puede contribuir a aumentar la ROP.
• Flujo adicional alrededor de los cortadores e híbridos ayudará con el enfriamiento y limpieza. „Calibre Activo‟
en RS163 de 8 1/2”
Desventajas del “Calibre Activo”
• “Potencial” para tumbar ángulo (“drop”) en intervalos tangenciales y “horizontales”.
• Configuración Agresiva del calibre pudiera incrementar ligeramente las vibraciones laterales (“Whirl”) como torsionales (“Stick-Slip”)?
“Calibre Activo” en RS163 de 8 ½”
Calibre Activo – Sección Tangencial
Fuerza de corte lateral
Masa + gravedad Calibre Activo
Calibre de Doble Acción “Dual Action Gauge (DAG)”
Diámetro reducido del área del calibre
Cortador completo
Diámetro reducido del bloque del calibre
Cortador completo
Calibre de Doble Acción “Dual Action Gauge (DAG)”
DAG - Durante la construcción
Elemento cortante (Expuesto) toca el hoyo
Cortadores de la cara todavía tocan el hoyo Cortador posterior no toca la formación
Cortadores de la cara en esta posición no tocan formación
0,4º
DAG - Tangente
Bloques del calibre en contacto para resistir caída del ángulo
Cortador expuesto no toca el hoyo
Recomendaciones
Calibre doble acción (Dual Action Gauge) Calibre activo
(Active Gauge)
• Calibre activo ayuda a construir – Puede ser ligeramente perjudicial en secciones tangentes por la tendencia a tumbar ángulo
• La variante “calibre doble acción” es una arreglo opcional
Características de diseño
– Direccionable (“Steerable”): Flanco corto y redondeado, cono poco profundo
– Corte lateral: Maximización de cortadores en hombro y calibre
– Estable: Estabilidad mejorada por el incremento de contacto con las paredes del hoyo via bloques de calibre espiralados. Perfiles planos son mas estables (Warren)
– Longitud muy corta
• Perfil
Consideraciones de diseño
P1 = Estabilizador superior
P2 = Bloques del RS
P3a = Radio corto
broca larga
broca corta
•Longitud corta – Las tasas de construcción y
giro se pueden definir mediante tres puntos de contacto.
– La barrena tiene que estar lo más cercana posible a los bloques de direcciona-miento (“Bias”) de la he-rramienta “RS”.
• Direccionabilidad - Perfil
Cono Profundo – Menor Direccionabilidad
Cono Poco Profundo – Mayor Direccionabilidad
Consideraciones de diseño
• Direccionabilidad – Longitud del calibre
Consideraciones de diseño
Perfil de la broca
Diámetro del hoyo
Eje de la broca Eje del hoyo
Angulo de construcción
Perfil de la broca
Diámetro del hoyo
Eje de la broca Eje del hoyo
Angulo de construcción Desplazamiento Lateral (x)
Inicio del calibre
Long
itud
del c
alib
re (
y)
Long
itud
del p
erfil
(z)
Sistema de Clasificación
IADC Barrenas PDC
IADC / SPE 23940
IADC Codigo de Clasificacion Barrenas de Cortadores FIjos
Código de cuatro dígitos.
Diferentes Códigos para barrenas PDC, TSP y Diamante Natural.
M332
IADC Código de Estructura de Corte
Barrenas PDC Primer Dígito: Material del Cuerpo
M : Matrix S : Acero
Segundo Dígito: Densidad de Cortadores 1 : 30 (Densidad de Cortadores Baja) 2 : 30 a 40 (MEdianamente baja Densidad de cortadores) 3 : 40 a 50 (Medium alta densidad de cortadores) 4 : 50 o más (Alta densidad de cortadores)
Barrenas PDC
Cuarto Dígito: PERFIL
1. RECTO 2. CORTO 3. MEDIANO 4. LARGO
Tercer Dígito: Tamaño del Cortador (Diametro) 1: Mayor a 24 mm. 2: Desde 14 a 24 mm. 3: Desde 8 a 14 mm. 4: 8 mm. Diametro PDC
IADC Código de Estructura de Corte
BARRENAS IMPREGNADAS APLICACIÓN
• Tipo de Barrenas de perforación diseñadas para trabajar en condiciones
extremas perforando formaciones con compresibilidades de Medianamente altas a Altas. (35-60Kpsi).
• Los diseños existentes para aplicaciones de barrenas inician en diseños
para aplicaciones con Motores de fondo de Altas Revoluciones, hasta barrenas diseñadas para trabajar con Turbinas.
• Líderes Mundiales en Tecnología de Barrenas Impregnadas con Records Mundiales en ROP en Intervalos Perforado atravesando formaciones con compresibilidades entre (45-55Kpsi)
MOTOR TURBINA
MECANISMOS DE CORTE FORMACIONES DURAS
• Trituración – Abrasión Controlada – Autoafilante
• Duración Efectiva – Aletas altas en vez,
cortadores expuestos de diamantes o de PDC.
– Los conductos de fluido profundos permiten poner Aletas más altas.
Mecanismo de Corte Formaciones Blandas
CIZALLA las lutitas para perforarlas
•El borde de ataque de las aletas cizalla la formación
•Produce cortes muy poco profundos
•Es posible que se tapen los conductos del fluido
•Los diseños de cara más despejada, proporcionan regímenes de penetración (RDP) más altos
DUREZA EN LA MEZCLA DE DIAMANTE-mm
DIÁMETROS EXITENTES EN BARRENAS IMPREGNADAS
BARRENAS TRICÓNICAS
BARRENAS TRICONICAS- PARTES.
IADC Nomenclature
11- to 34-
Dientes Fresados
Formación Series / Tipo
Medianamente Dura a Dura
41- to 84-
Inserto de Carburo de Tungsteno
Cutting Element
Blanda a Medianamente
Dura
IADC Nomenclature
5 3 7
Series Type Bearing Gauge
Special Features
1 1 5 M
IADC – Barrenas de Dientes.
Suave
Medianamente Dura
2
1
3
1-1
1-3
2-1
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Serie
s Type
IADC – Insert Bits
8
7
6
4
5
8-3
4-1 1 2 3 1 2 3
1 2 3
Type
1 2 3 1 2 3
Serie
s
CLASIFICACIÓN DE LAS BARRENAS TRICONICAS
PARTES DE LOS COJINETES
MECANISMO DE CORTE
ESTRUCTURA DE CORTE
TIPOS DE CONO
ESTRUCTURA DE CORTE
HIDRAULICA
PRINCIPIOS BÁSICOS
¿Es de Nuestro Interés el Análisis de Vibración?
¿Por qué Es de Nuestro Interés el Análisis de Vibración?
Las vibraciones pueden ser perjudiciales a
causa de:
Desgaste y Falla Prematura de Estructura de Corte en Barrenas
Daño en todos los componentes del BHA. Deficiente calidad en el agujero perforado. Efectos adversos en pozos direccionales.
La Vibración es probablemente el mayor problema encontrado día a día en la Perforación de Pozos a Nivel mundial
Abrasive Wear vs Mechanical Damage
Desgaste (Normal)
Daño Mecánico (Anormal)
Cutting Structure
Inner Outer Dull Char. Location
Bearings/ Seals Gauge
Other Dull
Char.
Reason Pulled
1 2 3 4 5 6 7 8
3 *BC - Broken Cone
BF - LS Bond Failure
BT - Broken Teeth/Cutters
BU - Balled Up Bit
*CC - Cracked Cone
*CD - Cone Dragged
CI - Cone Interference
CR - Cored
CT - Chipped Teeth/Cutters
ER - Erosion
FC - Flat Crested Wear
HC - Heat Checking
*LC - Lost Cone
LN - Lost Nozzle
LT - Lost Teeth/Cutters
OC - Off Center Wear
*PB - Pinched Bit
PN - Plugged Nozzle/Flow Passage
*RG - Rounded Gauge
RO - Ring Out
*SD - Shirrtail Damage
*SS - Self Sharpening Wear *TR - Tracking
WO - Washed Out Bit
WT - Worn Teeth/Cutters
NO - No Dull
Items con color Rojo Inducidos a causa de Vibración
Cutting Structure
Inner Outer Dull Char. Location
Bearings/ Seals Gauge
Other Dull
Char.
Reason Pulled
1 2 3 4 5 6 7 8
BHA - Change Bottom Hole Assembly DMF - Downhole Motor Failure
DTF - Downhole Tool Failure
DSF - Drill String Failure
DST - Drill Stem Test
LOG - Run Logs
LIH - Left in Hole
RIG - Rig Repair
CM - Condition Mud
CP - Core Point
DP - Drill Plug FM - Formation Change
HP - Hole Problems
HR - Hours on Bit
PP - Pump Pressure
PR - Penetration Rate
TD - Total Depth Casing Depth
TQ - Torque
TW - Twist Off WC - Weather Conditions
Items con color Rojo Inducidos a causa de Vibración
Daño de Barrenas por Vibración.
Impacto y daño en los Cortadores.
(chipping/breaking)
Daños por movimientos hacia atrás de la Sarta.
(delamination)
Rompimiento de AletasBlade por movimientos hacia
atrás de la Sarta.
Irregular/Desgaste Prematuro.
Result – Alto costo/pie y problemas con el cliente
Direct Damage to Bit from Bit Whirl
Broken Blade – Whirl??
Bit Whirl and Roller Cone Bits - Cracking Failure
Stick-Slip Dull (1) Accelerated Shoulder Wear
Stick-Slip (2)
Nose Flattened on Large Diameter Bits
Daño del BHA por Vibración.
Choques y Daño a las herramientas MWD/LWD.
Fallas prematuras en el PDM.
Excesivo e irregular desgaste en los Estabilizadores
Falla torsional en subs
Fallas repetitivas por Strees en la Sarta
Desgaste Excesivo en el Casing
Pobre Calidad del hueco por Vibración
BAT-2 Downhole Dynamics
Pobre transeferencia de WOB (reduciendo la
eficiencia en la perforación)
Incremento en los tiempos de viaje por
aumento de Reaming.
Dificultad al Correr Casing
Pobre Calidad en Registros Eléctricos.
Problemas DIreccionales con Vibración. BAT-2 Downhole Dynamics
Comportamiento inpredecible de la Sarta
Pobre trasnferencia de WOB haciendo mas
dificil los trabajos de Sliding.
ReducReduce la eficiencia de las herramientas
RSS.
Genera Interferencia con la señal del MWD.
¿Que es la Vibración? BAT-2 Downhole Dynamics
¿Que puede Generar Vibración?
• Tipo de Barrena
• Parámetros Operacionales (Superficie/Fondo), WOB.
• Diseño de BHA
Basicamente nosotros proveemos Energía a la barrena. La Vibración es la transformación de ésta energía y la manera como ella es transmitida a lo largo del conjunto, siendo algunas veces estática pero destructiva.
Axial Movimiento arriba y abajo de la
sarta formando un eje central
Types of Vibration
Torsional Twisting (Retuerce) la Sarta. Lateral 3D Pendulo como columpio
O combinación de las tres
1 Estructura de Corte Interna.
2 Estructura de corte Externa.
3 Principal Característica de Desgaste (Use Codigo Solo Estructura de Corte)
4 Localización (Donde Ocurre la Principal Característica de Desgaste ).
5 Cojinetes/Sellos (Condition of Roller Cone) ó X= Barrenas PDC.
6 Gage (Cual es el diametro final del Calibre de Barrena)
7 Otra característica de Desgaste (Use Codes)
8 Razon de Salida (Use Codes)
Inner Outer Dull Char. Location1 2 3 4 5 6 7 8
ReasonPulled
Cutting Structure Bearings/Seals Gage Other
Dull Char.
IADC 1992 Dull Bit Grading
1 Estructura de Corte Interna.
2 Estructura de corte Externa.
Inner Outer Dull Char. Location1 2 3 4 5 6 7 8
ReasonPulled
Cutting Structure Bearings/Seals Gage Other
Dull Char.
3 Principal Característica de Desgaste
*BC - Broken Cone
BF –Bond Failure
BT - Broken Teeth/Cutters
BU - Balled Up Bit
*CC - Cracked Cone
*CD - Cone Dragged
CI - Cone Interface
CR - Cored
CT - Chipped Teeth/Cutters
ER - Erosion
FC - Flat Crested Wear
HC - Heat Checking
*LC - Lost Cone
LN - Lost Nozzle
LT - Lost Teeth/Cutters
NR – Not-Rerunnable
OC - Off Center Wear
PB - Pinched Bit
PN - Plugged Nozzle/Flow Passage
RG - Rounded Gage
RR –Re-Runnable
SD - Shirrtail Damage
SS - Self Sharpening Wear TR - Tracking
WO - Washed Out Bit
WT - Worn Teeth/Cutters
NO - No Dull Characteristics
* Show Cone #‟s under Location (4)
Inner Outer Dull Char. Location1 2 3 4 5 6 7 8
ReasonPulled
Cutting Structure Bearings/Seals Gage Other
Dull Char.
Inner Outer Dull Char. Location1 2 3 4 5 6 7 8
ReasonPulled
Cutting Structure Bearings/Seals Gage Other
Dull Char.
4 LOCALIZACION Roller Cone Fixed Cutter N – Nose row C – Cone M – Middle row N – Nose G – Gage row T – Taper A – All rows S – Shoulder 1 – Cone #1 G – Gage 2 – Cone #2 A – All areas 3 – Cone #3
5 COJINETES/SELLOS
Cojinete no Sellado Cojinete Sellado
0 - No Life Used E - Sellos Efectivos 8 - All Life Used F - Sellos Fallados
X - Fixed Cutter Bit
Inner Outer Dull Char. Location1 2 3 4 5 6 7 8
ReasonPulled
Cutting Structure Bearings/Seals Gage Other
Dull Char.
6 GAGE Medida en Fracciones de 1/16”
I - In Gage 2/16 - 1/8” Out of Gage
1/16 - 1/16” Out of Gage 4/16 - 1/4” Out of Gage
Inner Outer Dull Char. Location1 2 3 4 5 6 7 8
ReasonPulled
Cutting Structure Bearings/Seals Gage Other
Dull Char.
Two Thirds Rule
Measured distance
7 Other Dull Characteristics (Use all Related Codes)
Inner Outer Dull Char. Location1 2 3 4 5 6 7 8
ReasonPulled
Cutting Structure Bearings/Seals Gage Other
Dull Char.
*BC - Broken Cone
BF –Bond Failure
BT - Broken Teeth/Cutters
BU - Balled Up Bit
*CC - Cracked Cone
*CD - Cone Dragged
CI - Cone Interface
CR - Cored
CT - Chipped Teeth/Cutters
ER - Erosion
FC - Flat Crested Wear
HC - Heat Checking
*LC - Lost Cone
LN - Lost Nozzle
LT - Lost Teeth/Cutters
NR – Not-Rerunnable
OC - Off Center Wear
PB - Pinched Bit
PN - Plugged Nozzle/Flow Passage
RG - Rounded Gage
RR –Re-Runnable
SD - Shirrtail Damage
SS - Self Sharpening Wear TR - Tracking
WO - Washed Out Bit
WT - Worn Teeth/Cutters
NO - No Dull Characteristics
* Show Cone #‟s under Location (4)
8 Reason Pulled Or Run Terminated
BHA - Change Bottom Hole Assembly DMF - Downhole Motor Failure
DTF - Downhole Tool Failure
DSF - Drill String Failure
DST - Drill Stem Test
LOG - Run Logs
LIH - Left in Hole
RIG - Rig Repair
CM - Condition Mud
CP - Core Point
DP - Drill Plug FM - Formation Change
HP - Hole Problems
HR - Hours on Bit
PP - Pump Pressure
PR - Penetration Rate
TD - Total Depth Casing Depth
TQ - Torque
TW - Twist Off WC - Weather Conditions
Inner Outer Dull Char. Location1 2 3 4 5 6 7 8
ReasonPulled
Cutting Structure Bearings/Seals Gage Other
Dull Char.
Identifying Cones On A Roller Cone Bit To identify the cones on a roller cone bit:
- Find the cone that has the insert or tooth that is closest to the direct center-line of the axis of rotation of the bit
- That is Cone #1
- Count in a clockwise rotation to find Cone #2 and then Cone #3
132
Identificación de Conos en Barrena Tricónica.
Cone #1
Cone #3 Cone #2 Cone #2 Cone #3
133
BC - Broken Cone
• Cutter Shell Thickness (Too Thin) • Excessive Impact Load
(Dropping, Spudding, Hitting, Junk) • Cracked Cone • Cone Interference • Drilling Environment
(H2S, Corrosion)
BROKEN CONE [IADC BC]
Possible Causes:
BT - Broken Teeth
• Excessive RPM or WOB • Improper Bit Selection • Interbedded Formations • Improper Break-in Of The Bit • Excessive Impact Load • Heat Checking • Cone Interference • Axial Vibration
BROKEN TEETH [IADC BT]
Possible Causes:
BU – Balled Up
BALLED UP [IADC BU]
• Inadequate Hydraulics • Poor Drilling Fluid • Reactive Formations • Improper Bit Selection • Inadequate Cleaning on Connections • Forcing Bit To Bottom With The Pumps
Off
Possible Causes:
CC - Cracked Cone
• Cutter Shell Thickness (Too Thin) • Excessive Impact Load • Excessive WOB • Excessive Hours • Broken, Lost, or Worn Teeth • Overheating / Heat Checking • Erosion • Cone Interference
CRACKED CONE [IADC CC]
Possible Causes:
CD - Cone Dragged
• Bit Balling
• Bearing Failure
• Running On Junk
• Cone Interference
• Pinched Bit
• Insufficient WOB
CONE DRAGGED [IADC CD]
Possible Causes:
CI – Cone Interference
• Bearing Failures • Forced Into An Under Gauge Hole • Reaming An Under Gauge Hole With
Excessive WOB • Forced Into Casing That Does Not
Drift To The Bit Size Used • Bit Pinched In The Bit Breaker
CONE INTERFERENCE [IADC CI] Possible Causes:
CR - Cored
• Excessive WOB • Excessive Hours • Off-Center Wear • Improper Bit Selection • Erosion • Junk Damage • Improper Break-In Of The Bit
CORED [IADC CR]
Possible Causes:
CT – Chipped Teeth
CHIPPED TEETH [IADC CT]
• Commonly a result of Heat Checking on TCI bits
• Similar causes to BT
• If tooth hardmetal is chipped, this is classed as CT
• Location can help determine the cause
Possible Causes:
ER - Erosion
• Inadequate Hydraulics
• Excessive Hydraulics
• Abrasive Formations
• Poor Solids Control
• Abrasive Drilling Fluids
EROSION [IADC ER]
Possible Causes:
FC - Flat Crested Wear
• Low WOB
• High RPM
• Tracking
FLAT CRESTED WEAR [IADC FC]
Possible Causes:
HC - Heat Checking
• High RPM
• Reaming At High RPM
• Formation
• Insufficient WOB
HEAT CHECKING [IADC HC]
Possible Causes:
JD - Junk Damage
• Junk From The Surface
• Junk From The Drill String
• Junk From The Previous Bit
• Junk From The Bit Being Run
• Damage Due To Contact With Casing
JUNK DAMAGE [IADC JD]
Possible Causes:
LC - Lost Cone
• Excessive Hours After Bearing Failure
• Excessive WOB • Excessive Impact Load • Broken Cone • Cracked Cone • Broken, Worn, or Lost Teeth • Coring
LOST CONE [IADC LC]
Possible Causes:
LN - Lost Nozzle
• Improper Nozzle Installation
• Mechanical Damage To The Nozzle
• Mechanical Damage To the Nozzle Retention System
• Erosion
• Wrong Nozzle Type
LOST NOZZLE [IADC LN]
Possible Causes:
LT - Lost Teeth
• Erosion • Excessive WOB • Excessive Hours • Cracked Cone • Broken Cone • Drilling Environment
(H2S, Corrosion)
LOST TEETH [IADC LN]
Possible Causes:
OC – Off-Center Wear
• Inadequate WOB
• Slow ROP
• Inadequate Stabilization
• Formation Change From Brittle To Plastic
• Motors or Steerable Systems
• Overbalanced Drilling Conditions
OFF-CENTER WEAR [IADC OC]
Possible Causes:
PB – Pinched Bit
• Forced Into An Under Gauge Hole
• Forced Into An Undersized BOP
Stack
• Forced Into Casing That Does Not
Drift To The Bit Size Used
• Bit Pinched In The Bit Breaker
PINCHED BIT [IADC PB]
Possible Causes:
PN - Plugged Nozzle
• Pumped Foreign Material
• Lost Circulation Material
• Formation Plugging
• Jamming Bit Into The Bottom Of
The Hole With The Pumps Off
PLUGGED NOZZLE [IADC PN]
Possible Causes:
RG - Rounded Gauge
• Reaming An Under Gauge Hole
• Improper Bit Selection
• Excessive RPM
• Off-Centre Wear
• Formation
ROUNDED GAUGE [IADC RG]
Possible Causes:
SD - Shirttail Damage
• Run On Junk • Reaming An Under Gauge Hole • High-Angle Deviated Holes • Off-Center Wear • Inadequate Hydraulics • Inadequate Stabilization • Pinched Bit • Rounded Gauge
SHIRTTAIL DAMAGE [IADC SD]
Possible Causes:
SS - Self Sharpening Wear
• Normal Dull Condition For Tooth Bits Without Full Tooth Coverage
• Leading Flank Hardmetal Wears Off Faster Than The Trailing Flank Resulting In A Sharp Cutting Edge
SELF-SHARPENING WEAR [IADC SS]
Possible Causes:
TR - Tracking
• Formation Changes From Brittle To
Plastic
• Uneven Weight Transfer
• Overbalanced Drilling Condition
TRACKING [IADC TR]
Possible Causes:
WO - Washed Out Bit
• Welder
• Welding Material
• Fatigue On The Weld
WASHED OUT (BIT) [IADC WO]
Possible Causes:
WT – Worn Teeth
180
• Inadequate WOB • Improper Bit Selection • Excessive RPM • Excessive Hours • Inadequate Hydraulics • Tracking • Flat-Crested Wear • Self Sharpening Wear
WORN TEETH [IADC WT]
Possible Causes:
• Cutting Structure Not Graded Higher Than “0”
• No Signs Of Any Other Dulling Characteristics
NO WEAR OR DAMAGE [IADC NO]
SEAL EFFECTIVENESS All dynamic seals leak.
Elastomer Design Constituents
• Shape • Interface • Material
• Hardness • Lubricity • Abrasion Resistance
• Reactivity • Squeeze
• Excessive Hours
• Excessive RPM or WOB
• Uneven Loading
• Gauge Loading
• High Temperatures
• Inadequate Hydraulics
SEAL FAILURE Possible Causes:
Offset
Journal Angle
Tooth Placement
Seal Wear
RPM Bit
Size Abrasives
BHA Dynamics
Cut. Str. Condition
Formation (Torque)
Sliding & Rotating
• Contact Stress Magnitude Concentration
• Sliding Speed • Temperature • Contamination
Weight on Bit
Depth
Flow
Hole Condition Bearing Life
Bearing Failure
186
• Excessive Hours
• Excessive RPM or WOB
• Uneven Loading
• Gauge Loading
• Inadequate Hydraulics
• Seal Failure
BEARING FAILURE Possible Causes:
Identificación de las Aletas en Barrenas PDC
Para Identificar:
- Buscar el cortador que se encuentre hacia el eje central de la barrena.
- Entonces ésta sera la aleta número 1.
- Se continua numerando las aletas de las barrenas en direccion a las manecillas del reloj
189
Blade #1
Blade #2
Blade #3
Blade #4
Blade #5
Blade #6
Identificación de las Aletas en Barrenas PDC
PARTES BARRENA PDC
BOND FAILURE [IADC BF]
The assembly has failed at the surface where the PDC was bonded to the long substrate. This leaves a clean, smooth surface.
Note: Applies only to PDC bits
BOND FAILURE [IADC BF]
Possible Causes:
• Manufacturing Problem (L.S. Bonding)
• Vibration may initiate damage, but inherent defect
• Overheating (fluid starvation, low flow, large wear flats)
BROKEN POST [IADC BT]
The post has suffered an irregular break.
BROKEN POST [IADC BT] Possible Causes:
• Bit / BHA Whirl
• Other vibration
• Junk
• Drilling into an ultrahard rock (e.g. chert)
BROKEN SUBSTRATE [IADC BT]
A significant part of the cylinder or post is missing.
BROKEN SUBSTRATE [IADC BT] Possible causes:
• Whirl and/or Stick-Slip
• RPM too high
• Flow Rate too low
• Formation too hard and/or abrasive for the bit design
• Bit kept in hole too long
BROKEN CUTTER [IADC BT]
The assembly exhibits a break which passes
through the diamond table and into the
support.
BROKEN CUTTER [IADC BT]
Possible Causes:
• Severe vibration, most commonly whirl
• Anything which can inflict massive impact loading
DELAMINATION [IADC BT/CT]
All or part of the diamond layer has come clean away
from the TC substrate.
DELAMINATION [IADC BT]
Caused by the difference in thermal expansion rates of the Polycrystalline Diamond Layer and the Tungsten
carbide support.
In order to understand this fully, you have to know the basics on how a Polycrystalline Diamond Compact
(PDC) is made
BALLED UP [IADC BU]
The waterways and or junk slots
are locally or totally plugged . This is usually Formation, but may be cement, plug debris or
even junk.
BALLED UP [IADC BU] Possible causes:
• Poor bit hydraulics when drilling reactive clays with WBM
• Poor mud characteristics
• Flow Rate too low
• Too much WOB / Bit “spudded” after connection/trip
• Improper Bit selection for application– Volume too small
CORED [IADC CR]
The cutting structure in the
center of the bit has been removed.
CORED [IADC CR]
Possible causes:
• Junk
• Conglomerate, Chert or Pyrite
• Formation too hard and/or abrasive for the bit design
• Impregs – insufficient WOB when run on motor
CHIPPED CUTTER [IADC CT]
Part of the diamond table and/or the TC
substrate, away from the wear flat,
exhibits a sharp and irregular
fragmentation.
CHIPPED CUTTER [IADC CT]
Possible Causes:
• VIBRATION!!!!!
• VIBRATION!!!!!
• VIBRATION!!!!!
EROSION [IADC ER]
The erosion may be the steel bit body or may even be the
tungsten carbide substrates of the
cutters.
EROSION [IADC ER] Possible causes:
• Flowrate too high
• Too much solids/sand in mud
• Lot of sand in interval drilled–poor solids control equipment
• Hydraulic energy at bit too high
• Can be associated with plugged nozzles/waterways
HEAT CHECKING [IADC HC]
The Tungsten Carbide of the cutter substrate or the
Matrix bit body exhibits very fine microfractures.
HEAT CHECKING [IADC HC]
Possible causes:
• Whirl and/or Stick-Slip
• RPM too high
• Flow Rate too low
• Formation too hard and/or abrasive for the bit design
• Bit kept in hole too long
JUNK DAMAGE [IADC JD]
Massive catastrophic
damage to the cutting structure
and/or gauge pads and/or bit body. Check for rust marks on Matrix bodied
bits.
JUNK DAMAGE [IADC JD]
Possible causes:
• What are the common sources of “junk” downhole?
LOST NOZZLE [IADC LN]
The Bit is pulled with 1 or more of
the nozzles missing.
LOST NOZZLE [IADC LN] Possible causes:
• Severe downhole vibrations
• Poor initial installation – improperly seated
• Poor initial installation – not tight enough
• Poor initial installation – too tight, retainer cracked
• O-ring failure / no or incorrect O-ring installed.
BRAZE FAILURE [IADC LT]
The cutter assembly has gone, leaving an
empty pocket
BRAZE FAILURE [IADC LT]
Possible Causes:
• Manufacturing / Repair Problem
• Bit / BHA Whirl
• Other vibration
PLUGGED NOZZLE [IADC PN]
The port or nozzle is plugged with
extraneous material.
PLUGGED NOZZLE [IADC PN] Possible Causes:
• Poor mud properties / mixing at surface
• Bit “spudded” on-bottom
• Reverse circulation / “U-Tubing” effect
• Nozzles or ports too small to handle mud additives
• Downhole tool failure – motor “chunking”
RING OUT [IADC RO]
All or most of the assembly
is missing. This could be, for example, due to wear, mechanical damage or
even erosion.
RING OUT [IADC RO] Possible Causes:
• Formation
• Incorrect Operating Parameters (WOB, RPM, Flow)
• Excessive Bit Hydraulics / Mud properties
• The “V” word (again)
WASHED OUT (BIT) [IADC WO]
The bit has suffered a
failure so that fluid can pass from the inside to the outside bypassing the nozzles/ports..
WASH OUT (BIT) [IADC WO]
Possible Causes:
• Manufacturing defect
• Jarring on stuck bit?
WORN TEETH [IADC WT]
Cutter exhibits normal wear.
• This is how a PDC cutter should look – this is abrasive wear
• No mechanical damage to the Diamond Layer or TC substrate
WORN TEETH [IADC WT]
NO WEAR OR DAMAGE [IADC NO]
Cutter exhibits no wear or damage.
NO WEAR OR DAMAGE [IADC NO]
• The cutter shows no evidence of wear or damage
CT
BT
BT
&
LT
RO
WT
No Code – Broken Blade
PN
CR
ER and LT