Capitulo 4 Diseño de Trepanos

INGENIERIA PETROLERA Pgina 1

1 CAPITULO 4. DISEO DE TREPANOS DE PERFORACION PERFORACION PETROLERA II

CAPITULO # 4 DISEO DE TREPANOS DE PERFORACION

4.1. INTRODUCCION

La seleccin correcta de las brocas es un factor muy importante en el

planeamiento y en la ejecucin de un plan de perforacin. Una seleccin precisa y

acertada va a ayudar para lograr una perforacin (libre de problemas. AI efectuar

la seleccin se debern tener en cuenta los siguientes factores:

Costo de la broca.

Tipo de formacin a perforar

Costo diario de operacin

Sistema de lodos en uso

Una perforacin de costo mnimo depender de tres factores principales:

Seleccin del tipo adecuado de broca.

Un control certero y continuo de las condiciones de perforacin.

Seleccin de la combinacin ms adecuada de peso sobre la broca y RPM.

Las brocas de perforacin comenzaron a usarse y evolucionar a partir de los

comienzos del siglo presente.

Las primeras utilizadas eran de tipo de arrastre o tambin conocidos como de

"cola de pescado". Las primeras brocas rotatorias fueron desarrolladas y utilizadas

en 1920. La tecnologa de las brocas rotatorias se desarroll de una manera

explosiva a partir de entonces. En adicin las brocas de diamante y las de

diamante policristalino se desarrollaron tcnicamente de una manera rpida y

tienen un uso ms variado e intensivo.

Las brocas de diamante poseen un uso especializado y limitado en casos cuando

las brocas rotarias no resultan econmicas. Debido a (a gran dureza de los

diamantes y a su alta resistencia a la erosin, se pueden utilizar con xito para

perforar formaciones duras y abrasivas. En una adicin a este captulo se ver con

detalles el proceso de manufacturacin y seleccin de las brocas de diamante.



Las brocas de diamante policristalino o "stratapax" o PCD son la adicin ms

reciente a las brocas de perforacin. Se utilizan con gran xito en formaciones

blandas a semiblandas no muy abrasivas.

4.2. ANGULO DE LAS ESTRUCTURAS DE CORTE O OFFSET.

En este caso con un ngulo que se incrementa el eje del rodamiento se aleja de la lnea

central de la broca. AI aumentar este ngulo se busca que !os conos no rueden sobre el

mismo centro, buscndose un arrastre de los mismos para optimizar su efecto. Este

efecto es mximo en brocas de formaciones blandas y no existentes en brocas para

formaciones duras.

4.3. ESPECIFICACIONES METALRGICAS DE LOS COMPONENTES DE UNA

BROCA

Las brocas perforan al romper a la formacin generando cargas mayores a la fuerza

compresiva de la formacin. Por lo tanto todos los componentes de la broca deben ser

manufacturados con acero de alta calidad, resistente a la abrasin pero dctil al mismo

tiempo. Para lograr este propsito el acero se trata con carbn. Este proceso se denomina

carburizacin Mediante este proceso el acero se calienta a altas temperaturas, tratando a

la superficie con carbn, enfriando de inmediato al acero bruscamente. El procedimiento

va a endurecer a la superficie del acero de manera considerable. El acero que no ha sido

tratado, ya que el procedimiento es superficial, va a retener a la ductilidad original.

4.4. ESTRUCTURA DE CORTE DE LA BROCAS

Las tres piernas y los rodamientos poseen las mismas caractersticas en todo tipo

de brocas pero la estructura de corte, es decir el diseo de los conos y de los

dientes va a cambiar de acuerdo al tipo de formaciones que se debern perforar.

De acuerdo a ello podemos clasificar a las brocas en dos amplias categora:

Brocas con dientes de acero.

Brocas con dientes de insertos.



4.5. BROCAS DE DIENTES DE ACERO

Los dientes se fabrican del mismo material que los conos en la fundicin y son una

sola unidad. Se disea la broca de una forma que exista un cierto balance entre

los tres conos, y las cargas aplicadas a la broca, se distribuyen de una manera

uniforme sobre los tres conos.

4.6. FORMACIONES BLANDAS

Requerirn un diseo de dientes largos, reducidos en nmero, y agudos. La hilera

interna tendr un tratamiento de carburo para endurecerlos para mayor resistencia

a la abrasin.

E1 dimetro y tamao de los rodamientos es reducido ya que estas brocas no

requieren la aplicacin de altos pesos sobre la broca. En este diseo se maximiza

la accin de pala que ya fuera mencionado.

4.7. FORMACIONES MEDIAS

El dimetro de los rodamientos se ve incrementado ya que se aplicarn mayores

pesos sobre la broca. El offset de los conos se reduce un poco para minimizar el

efecto del arrastre de los conos sobra la formacin. Los dientes aumentan en

nmero y se disminuyen en tamao para incrementar a la fuerza de los mismos.

4.8. FORMACIONES DURAS

Para perforar este tipo de formaciones se requiere el uso de pesos elevados sobre

la broca. Los dientes no penetran a la formacin sino que van a fracturarlos

mediante accin mecnica. Los dientes son numerosos, pequeos y robustos para

aceptar las altas cargas que se deben aplicar. Los dimetros de los rodamientos

son ms elevados y no hay offset de los conos.

1. Brocas de insertos

Originalmente fueron desarrolladas para formaciones duras y abrasivas. En estas

brocas los dientes son de carburo de tungsteno insertados a presin en agujeros

perforados para este propsito en los conos. Estos dientes perforan con mucho



xito formaciones duras y fracturables. No poseen la misma efectividad en

formaciones duras pero plsticas.

De acuerdo al diseo los rodamientos de las brocas pueden ser sellados o no

sellados. Los no sellados son aquellos donde se utiliza al fluido de perforacin

para lubricar a los rodamientos. Obviamente al no ser el lodo el lubricante ideal la

vida util de estas brocas es reducida.

Los rodamientos sellados se hallan protegidos del lodo y se hallan lubricados por

aceite. En este tipo de brocas hay un reservorio de lubricante en la pierna, son un

sistema de balance de la presin externa e interna.

4.9. LOS DIAGRAMAS ILUSTRAN ESTO:

El desarrollo del rodamiento tipo jornal y de las brocas de dientes con insertos

revolucion a la industria. Se mejorarn las penetraciones en una forma notable, al

poder aplicarse mayores pesos sobre la broca., Tambin se aument

considerablemente la vida til de las brocas reducindose de una forma dramtica

el nmero de trpanos a utilizar por pozo. Como consecuencia los costos de

perforacin han sido drsticamente reducidos.

4.10. SELECCIN DE BROCAS DE PERFORACIN

A pesar de ser uno de los elementos ms baratos se utilizan en una operacin

una seleccin inapropiada de la broca puede incrementar los costos de

perforacin de una forma notable. Para facilitar el procedimiento de la seleccin y

para unificar el criterio para la clasificacin de las brocas el IADC adapto un

standard para la clasificacin. Esta clasificacin elimin la confusin reinante en

diferentes reas referente a la seleccin de brocas. El IADC considera un nmero

de tres dgitos para clasificar a las brocas. Siendo:

1. Dientes de acero o de insertos.

2. Tipo de formacin.

3. Caractersticas mecnicas especiales.



El primer dgito clasifica a la estructura de corte de la broca. De 1 a 3 corresponde

a brocas de dientes de acero y de 5 a 8 describe a brocas de insertos. El segundo

dgito que se denomina tambin como tipo, va de 1 a 4 y describe la dureza de la

broca dentro de los grupos establecidos por el primer dgito. El tercer dgito

establece las caractersticas especiales de las brocas. Un resumen de esta

clasificacin se halla en la tabla adjunta. De acuerdo a esta clasificacin una broca

5-1-7 sera una broca de insertos diseada para perforar formaciones blandas, es

sellada y tiene insertos para proteger al calibre.

4.11. CORRELACIN DE FORMACIONES DE CLASIFICACION IADC

A . Formaciones blandas de baja fuerza compresiva

1. Lutitas muy blanda y de alta permeabilidad.

2. Lutitas blandas

3. Lutitas Limoliticas

4. Lutitas Limoliticas

B. Formaciones mdias a media dras,

1. Limolitas lutiticas con alta fuerza compresiva.

2. Limolitas luititcas.

3. Limolitas medias

C .Formaciones duras semi abrasivas

1. Limolitas duras o abrasivas.

2. Limolitas y dolomitas.

3. Dolomitas duras

D. Para usos futuros

1. Limolitas duras.

2. Limolitas y dolomitas.

3. Dolomitas duras Brocas de Insertos



E. Formaciones blandas a medias de

1. Lutitas muy blandasalta fuerza compresiva.

2. Lutitas y arenas blandas.

3. Lutitas medias

F. Formaciones medias a durs de alta

1. Limolitas y lutitas fuerza compresiva medias

2. Arenas medias

3. Arenas y lutitas duras

G. Formaciones duras y abrasivas

1. Lutitas y dolomitas duras.

2. Arenas duras.

3. Dolomitas duras

H. Formaciones muy duras y abrasivas

1. Chert duro.

2. Chert muy duro.

3. Granito.

2. Brocas de Dientes de Acero (Mill Tooth Bits)

4.12. FORMACIN BLANDA

Corresponde a los rangos IADC 111 al 149, son caracterizados por dientes largos,

ampliamente espaciados. Los dientes penetran con facilidad en las formaciones

blandas, debido a su longitud y esbeltez. El espaciamiento amplio va a evitar que

la broca se llene de recortes y pierda de esta manera la eficiencia d su estructura

de corte. Estas brocas perforan por el efecto de pala mencionado. Penetran la

formacin profundamente y la remueven en pedazos grandes. Los conos como lo

ilustra el diagrama poseen un offset mximo.



Formaciones Medias

Correspondiente a los rangos IADC 211 al 249, tienen los dientes ms robustos,

ms numerosos y menos espaciados. El offset de los conos es ms reducido.

Rangos IADC 611 al 649, poseen insertos ms pequeos, y con menos espaciamiento.

Los insertos son cnicos, y robustos. Los requerimientos de RPM y WO a son mayores

que para formaciones blandas.

4.13. FORMACIONES DURAS

Rangos IADC 711 al 749. Los insertos son cortos, fuertes y redondeados. Los conos

tienen poco o nada de offset, y se requieren altos pesos y reducidos RPM para este tipo

de brocas. Las brocas para formaciones muy duras corresponden a (os rangos 811 al 849

y requieren bajos RPM y altos W0B.

Como regla general las brocas de dientes de acero se utilizan para perforar

formaciones blandas y poco consolidadas que se encuentran a profundidades

reducidas. Se operan a altos RPM y bajo WOB. Los RPM aplicados oscilan entre

60 - 180. Si estas brocas se aplican con motores hidrulicos las revoluciones

pueden llegar a 300 mientras (os valores de peso sobre la mecha son reducidos.

Las brocas de insertos por lo general requieren bajos RPM, 40 - 60 con elevados valores

de peso sobre la broca o WOB. Los ltimos avances en la tecnologa permiten la

utilizacin de brocas de insertos para formaciones blandas con valores de RPM que son

comparables a las brocas de dientes.

4.14. ANLISIS DE COSTO

Como consecuencia de perforar constantemente pozos de mayor profundidad las brocas

nuevas pueden perforar por ms tiempo, bajo condiciones ms adversas, ahorrando de

esta manera tiempo de taladro y reduciendo el nmero de cambios de broca a un mnimo.

De esta manera la forma tradicional de evaluar la performance de una broca basado en:

- Pies perforados

- Penetracin



- Horas rotando ha perdido su validez. Lo que cuenta es el costo por pie.

De acuerdo a ello para poder hacer una decisin inteligente referente a que tipo de broca

se debe utilizar cuando se debe cambiar una que se est utilizando se debe hacer un

anlisis detallado del costo por pie que la broca est produciendo. La gran variedad de

brocas de diferente diseo facilita al proceso.

Perforacin de costo mnimo tiene una gran importancia, y el costo total de una

operacin va a estar estrechamente asociado a la eleccin certera de la broca que

se va utilizar. La ecuacin general para calcular costo por pie es como sigue:

Costo $/pie =

Costo del equipo por hora x (Tiempo de perforacin +Tiempo de Viaje)x Costo de la Broca

Pies perforados

Ejemplo:

Costo Equipo = 400/hora

Valor de viaje = 1000

Broca N Costo Broca Pies Horas Penetracin $/Pi Profundidad

.

14 950 264 ' 18,5 14,30 43,06 7547

15 3145 963 76 12,70 38,37 8510

Broca N 14

$/pi = 400$/Hr (1 8, 20 Hr + 7,55 Hr )+ 950$ = $43,06 pi

264 pies

Broca N 15

$/ pi = 400 + (76 + 8,51) + 31 45 = $38,37 /pi

963



Toda comparacin debe ser hecha utilizando a las brocas en el mismo tipo de

formacin. En este caso la broca N 14 brind una mejor penetracin y es de

menor costo, pero el costo por pie es claramente favorable a la broca N 15.

Cul broca recomendara para ser utilizado a los 8000 pies basado en los

siguientes datos.

- Costo de las brocas: $2900.

- Costo del equipo: $2500/hora

- Velocidad del viaje: 1000 pies/hora

Broca Profundidad Pies Horas Penetracin

Costo/pies

1 -2-4 8400 400 20 20

1 -2-4 8760 360 21 ,25 1 6,9

1 -2-4 9080 320 1 6,40 1 6,40

5-1 7 9120 1120 68 1 2,30

Costo de esta broca es de $4900

Factores que Afectan a la Penetracin

La penetracin es el ndice de performance ms significativo de una broca y va a

afectar al costo de la operacin., El costo por pie es tres veces ms sensible a la

penetracin que a la vida til de la broca. Los mayores factores que afectarn a la

penetracin son:

1. Sobrebalance

2. Peso sobre la broca

3. RPM

4. Diseo y seleccin propia de la broca.

5. Propiedades del lodo.

6. Optimizacin hidrulica



Todos estos factores actan de una forma ntegra y compleja, para determinar a la

penetracin en cada situacin.

La mecnica bsica de perforacin al usar una broca consiste en ampliar una

carga axial de suficiente magnitud como para exceder a la fuerza compresiva de la

roca fracturndola. Los dientes de la broca causan pequeos crteres, fracturando

a la roca y removiendo la formacin en fragmentos. Mayor RPM va a crear mayor

nmero de crteres en un perodo de tiempo dada. Es claro que la remocin de los

fragmentos creados es esencial para lograr una penetracin buena.

Por lo tanto podemos relacionar la penetracin a dos procesos:

1. La cantidad de recortes que se originan

2. Cantidad de recortes que se remueven

Una incremento de las revoluciones y del WOB aumentar a la cantidad de

recortes que se generan, lo mismo que la penetracin. Sin embargo si los recortes

no son removidos a una velocidad constante una cantidad de los mismos va a

permanecer en el fondo del hueco. Cuando ello ocurre el fondo del hueco se halla

lleno de recortes y parte del peso aplicado sobre la broca caer sobre los conos.

Obviamente ello reducir a la penetracin.

4.15. PRESIN DE SOBREBALANCE

Es la diferencia entre la presin hidrosttica de la columna de lodo y la presin de

formacin. En formaciones impermeables la migracin del filtrado a la formacin

es muy lenta, pero en formaciones permeables puede ser significante. Una

diferencia de presin excesiva va a ejercer una fuerza sobre los recortes

dificultando su remocin. Esta fuerza acta de una forma idntica a la presin

diferencial. Este fenmeno se denomina "chip hold down" y va a afectar a (a

penetracin de una forma negativa. Tambin esta presin diferencial va a

aumentar a la fuerza compresiva de la formacin que se est perforando. Como

consecuencia la fuerza necesaria para. romper es decir perforar a la formacin se

va a incrementar en una forma proporcional. En ensayos de laboratorio se han

perforado ejemplos de la lutita Mancos, con presiones de sobrebalance que



variaron de 0 - 4000 Ipc. Como consecuencia de ese incremento de la presin de

sobrebalance la fuerza compresiva de la formacin se vio incrementada de 9000 a

21 .000 lpc, o por un factor de 2,3. En las mismas condiciones la penetracin

disminuyo de 200 pies/hora con una presin diferencial de 100 Ipc a 8 pies/hora

con una diferencial de 4.000 Ipc, segun se ilustra en el grfico adjunto.

La figura indica que la penetracin es muy sensitiva a cambios en la presin de

sobrebalance a bajos valores y es insensible a valores altos. La penetracin

decrece de 200 pies/hora a 100 Ipc de sobrebalance a 20 pies/hora a 800 Ipc. A

partir de este valor de presin la penetracin varia muy poco, an con un

incremento de la presin de hasta 4.000 Ipc.

4.16. CARACTERSTICAS DE LA FORMACIN

Las caractersticas ms importantes de la formacin que afectarn a la

penetracin son:

1. Fuerza compresiva

2. Porosidad

3. Permeabilidad

4. Contenido de arcilla hidratable

5. Presin de poros

Rocas de mayor fuerza compresiva van a requerir mayores pesos sobre la broca

para crear fracturas en la formacin y poder lograr una penetracin. Una

Formacin porosa es generalmente ms dbil y ms fcil de perforar que una

formacin de reducida porosidad. Hay una correlacin fuerte entre porosidad y

penetracin. La permeabilidad es ms importante en cuanto a la relacin entre

penetracin y grado de sobrebalance. El contenido monto morillontico de la

formacin que se est perforando es importante ya que puede causar

penetraciones reducidas debidos al embolamiento de la broca. Esto puede ocurrir

con todo tipo de broca, y puede reducir a la penetracin drsticamente. Puede ser

tan severo en caso de formaciones plsticas que anulan completamente a la

estructura de corte de la que aplicar sobre la mecha para producir penetracin.



Una limpieza adecuada del fondo del hueco va a incrementar a la penetracin.

Esto se logra con la aplicacin de un programa de hidrulica adecuada.

La curva que relaciona la penetracin con el peso sobre la broca se puede

aproximar con la siguiente ecuacin:

ROP = K (WOB)w

Donde:

K = Constante

ROP = Penetracin

WOB = Peso sobre la broca

w = exponente que varia entre 0-2, 0 dependiendo en que parte de la curva se

halla.

Revoluciones por Minuto. RPM

La penetracin responde en forma proporcional a los RPM. Esta respuesta se

halla gobernada por dos factores primarios:

Cantidad de recortes generados., Velocidad de remocin de los recortes

La relacin entre ROP y RPM es linear y directa. Es decir si los RPM se aumentan

en 50% la penetracin debe aumentar en un 50%. Esto es muy dependiente del

programa de hidrulica. A mayores revoluciones se est generando un mayor

nmero de recortes. Es muy importante tener la capacidad de eliminar a los

mismos de una manera eficiente.

Cuando la limpieza del hueco es insuficiente la penetracin va a comenzar a

disminuir. La ecuacin que define a la relacin RPM y ROP es como sigue:

ROP = K (RPM)R

ROP = Penetracin



K = Constante

R = exponente rotario

El exponente aproxima a 1 con una hidrulica adecuada. Si r = 0,5 entonces ROP

se va a incrementar con la raz cuadrada del RPM.

4.17. DISEO DE LA BROCA

Los factores de diseo que van a afectar a la penetracin son:

Longitud de los dientes.

Forma de los dientes.

Nmero de los dientes.

Perfil de la estructura de corte.

Offset de los conos.

Optimizacin hidrulica.

Lonqitud de los Dientes

Dientes ms largos logran mayor penetracin en la roca, obteniendo mejores

penetraciones. Como se indic antes, el diseo hidrulico es de gran importancia.

Forma de los dientes

Afectan a la penetracin mediante la relacin que existe entre el rea de los

dientes, y la penetracin lograda. Dientes afilados presentan un rea transversal

menor y van a producir una carga mayor sobre la formacin al aplicar cierto peso

sobre la broca.

4.18. NMERO DE LOS DIENTES

El nmero de los dientes afectar a la penetracin de la siguiente forma:

Mayor nmero de dientes representa mayor posibilidad de embolamiento de la

broca.

Mayor nmero de dientes representa un mayor rea sobre la cual se aplica el peso

sobre la broca. Esto reducir la carga que cada diente recibir y ello produce una



penetracin ms reducida. La respuesta obvia a esta situacin va a ser el

incremento del peso sobre, la broca en forma proporcional al incremento del

nmero de dientes. Para que dos brocas de diferente diseo tengan el mismo

peso sobre cada diente se debe aplicar.

lograr la misma penetracin con ambas brocas se deber aplicar un 10% ms en

el FP 52. El HP 52 es capaz de proveer mejores penetraciones pero se debe

utilizar mayores RPM y WOB.

Perfil de la Estructura de Cortey offset de los Conos

Son importantes ya que van a determinar la medida en que los conos de una

broca se arrastren en el fondo de hueco, al no rodar sobre su eje. A mayor offst

mayor ser el efecto del arrastre de los conos. Estos es importante en brocas para

formaciones blandas ya que de esta manera se va a optimizar el efecto "pala", de

los conos favoreciendo una mejor remocin de los recortes y una mayor

penetracin.

Propiedades del Lodo

Las propiedades del lodo que van a afectar a la penetracin son: Densidad

Contenido de slidos Viscosidad Prdida de filtrado

Todas estas propiedades se hallan interrelaccionados de tal manera que es muy

difcil separarlos y determinar su influencia sobre la penetracin de una forma

individual. Como ejemplo, un lodo de alta densidad tendr un alto contenido de

slidos y una elevada viscosidad. Pero basado en la experiencia y ensayos de

laboratorio se pueden establecer las siguientes conclusiones. El peso del lodo

afectar a la penetracin a travs del grado de sobrebalance que exista con

respecto a la presin de la formacin. Esto ya fue analizado con anterioridad. El

efecto del contenido de slidos se halla relacionado estrechamente a los efectos

de elevada densidad. Lodos de alto contenido de slidos sufren un incremento de

la densidad y esto a su vez va a causar una disminucin de la penetracin. A su

vez un aumento en el contenido de slidos ser responsable de mayores



viscosidades plsticas. Esto causar un incremento de la densidad equivalente de

circulacin, es decir un incremento del sobrebalance. Tambin una viscosidad alta

crear condiciones hidrulicas adversas, y limpieza del fondo del hueco no ser la

adecuada.

La prdida de filtrado: en caso de ser alto va a penetrar la formacin por delante

de la broca reduciendo a la presin de sobrebalance, favoreciendo a las

penetraciones altas.

Optimizacin hidrulica: es de gran importancia para lograr una buena limpieza del

hueco y lograr penetraciones adecuadas. Una forma de optimizar es asegurando

que una cantidad de potencial hidrulico se va a disipar en la broca al perforarla.

Los caballos hidrulicos que la broca genera indicarn la capacidad de limpieza

del hueco.

HHP = Cada de presin de la broca x GPM

Hay tres factores que se deben tener en cuenta en cuanto a la limpieza del hueco

se refieren:

- Remocin de los recortes

- Remocin de los recortes pegados a la broca.

- Transporte de los recortes a la superficie

Los dos primeros puntos son los ms importantes desde el punto de vista de la

penetracin. El grfico adjunto ilustra con claridad la relacin que existe entre los

HHP de la broca y la penetracin. Se ve que al incrementar al potencial hidrulico

de la broca, se est incrementando en una relacin directa a la penetracin.

La remocin de los recortes es una funcin de los HHP generados en la broca, y

los RPM utilizados para perforar. Resoluciones ms altas van a requerir valores de

HHP ms elevados para lograr el mismo efecto de limpieza del hueco. Esto

tambin queda bien claro del grfico adjunto. Lo que queda claro de los grficos

es que la penetracin no es muy sensible al incremento de HHP a bajos RPM pero

si lo es a RPM ms elevados.



La ecuacin con que se puede calcular el efecto de los HHP sobre la penetracin

es como sigue:

ROP = K (HHP/Nozle)h

ROP = Penetracin

K = Constante

h = exponente de la curva

ROP2 = HHP/nozle2 h

ROP1 HHP/nozle 1

4.19. CLASIFICACIN DE BROCAS USADAS

El IADC estableci una serie de guas para la clasificacin estandarizada de las

brocas utilizadas. Esto se hizo para lograr un criterio unificado en cuanto a la

clasificacin y para que la informacin tenga sentido en una escala universal.

Un anlisis cuidadoso de las condiciones en que una broca se halla luego de

haber sido utilizado es de gran importancia, para reducir los costos de perforacin

y para programar pozos futuros.

En la fase de la perforacin, da una idea sobre el desempeo de la broca bajo las

condiciones de perforacin, y va a dar la base para la decisin de elegir la

prxima. Una evaluacin consistente y experta va a incrementar la vida til de las

brocas y va a abaratar de una forma considerable el costo de la operacin. Para

los manufacturadores de las brocas, una evaluacin hecha con criterio provee

informacin de gran valor para implementar mejoras en diseos futuros. El objeto

de stas evaluaciones es de presentar una descripcin exacta de las condiciones

en que se encuentra la broca para una persona que no puede hacer una

evaluacin visual.



Esto se logra siguiendo a las recomendaciones del IADC, en cuanto a la clasificacin

numrica de los aspectos del desgaste de la broca. La clasificacin numrica describe el

desgaste fsico que han sufrido diferentes componentes de la broca.

La estructura de corte y el estado de los rodamientos se clasifica de 1 al 3. El calibre o

dimetro remanente de la herramienta es medido en fracciones de pulgada. Los sellos y

su estado se clasifican de 1 a 3. Adems de estas caractersticas se deber describir

cualquier desgaste y condicin inusual que se observa en la broca. Es importante que se

indiquen las horas de rotacin, pies perforados, presin de bomba en el mismo reporte.

En el reporte adjunto se pueden observar las observaciones y evaluaciones

correspondientes a un pozo.

Clasificacin del desgaste de los dientes.

Clasificacin Condicin

T1 1/8 de la altura de los dientes utilizado







T8 Dientes completamente desgastados.

Como se dijo anteriormente las brocas de insertos se clasifican de una manera

diferente. La estructura de corte se va a clasificar basado en el nmero de insertos

rotos o que faltan.



Clasificacin de las brocas de insertos.

GRADO CONDICIN

T1 1/8 de los insertos rotos o faltan







T8 Todos los insertos rotos o faltan.

- ABREVIACIONES COMUNES

ESTRUCTURA DE CORTE

BT Broken teeth or insert. (Dientes o insertos rotos)

BU Balled up. (Broca embolada)

CT Chipped teeth (Dientes rotos)

LT Lost inserts (Insertos perdidos)

TT Tracking teeth (Dientes estriados)

WT Worn teeth (Dientes desgastados)

Excessive broken insert (insertos rotos excesivos)

XL Excesive lost insert,(insertos perdidos excesivos)

- CONDICIONES DE LOS CONOS

CA Cracked axially (Axialmente partido)

CC Cracked circumferentially (Circunferencialmente partido)

CE Cone erosion (Erosin del cono)

LC Lost cone (Cono perdido)



Evaluando el desgaste de los Rodamientos

Cada rodamiento debe ser analizado y evaluado de una manera individual. Del

anlisis de los tres se decide cual es el rodamiento en peores condiciones y ese

se reportar. La clasificacin se hace de 1 a 8 pero al no poder ver directamente a

los rodamientos la evaluacin es ms subjetiva que el caso anterior.

- CLASIFICACIN DE RODAMIENTOS NO SELLADOS

CLASIFICACIN CONDICIN

B 1 1 /8 de la vida til utilizada

B2 2/8 utiiizado. El rodamiento

funciona y no posee juego

notable.

B3 3/8 utilizado

B4 1/2 utilizado. Se observa un juego

del rodamiento.

B5 5/8 utilizado

B6 6/8 utilizado. Hay un notable

juego de los rodamientos.

B7 7l8 utilizado

B8 Rodamiento trabado, uno o varios

de los conos qued en el hueco.

- CLASIFICACIN DE RODAMIENTOS SELLADOS

B2 Sello efectivo. Rodamiento firme.

B4 Sello fallo. Rodamiento endurecido, pero no

. se observa juego de los mismos.

B6 Sello fallado. Rodamientos sueltos y con juego.



B8 Rodamientos se hallan trabados, o uno o

varios de los conos faltan.

- CLASIFICACION DE RODAMIENTOS JOURNAL, SELLADOS

B 1 Sellos efectivos

B4 Sellos dudosos

B8 Sellos fallaron

Los rodamientos tipo journal funcionan solamente un tiempo muy corto con el sello

roto ya que el contacto con el lodo los traba haciendo perder uno o todos los

conos. Estos tipos de rodamientos no dan aviso cuando van a fallar.

Formaciones blandas. Si las roturas son numerosas y continuas se debe evaluar

la necesidad de utilizar brocas de diferente grado. Otras causas para producir una

rotura de dientes anormales son:

4.20. PESOS EXCESIVOS SOBRE LA BROCA.

- Cambio de formacin.

- Objetos extraos en el hueco.

Cuando una broca que ya se halla desgastada encuentra una Formacin dura y

abrasiva se va a desgastar completamente en muy poco tiempo. Los conos van a

quedar sin los dientes, ya que los dientes desgastados al recibir el peso sobre la

broca necesario para perforar esia nueva formacin se van a aplastar presentando

el aspecto ilustrado en el dibuj adjunto.

El redondeamiento del calibre de la broca y de los dientes de la hilera externa, es

un desgaste caracterstico que se produce al perforar formaciones muy abrasivas

o al perforar con herramientas como motores hidrulicos o Dyna Drill. Para



perforar estas formaciones se requieron brocas con proteccin adicional en el

calibre.

Brocas con los tres conos trabados y los dientes en buen estado son

consecuencia de una limpieza, deficiente del fondo del hueco. Tambin puede

suceder en caso de haber considerable cantidad de derrumbe en el fondo luego

del cambio de herramienta. Si no se lava el hueco antes de comenzar a perforar

los conos se pueden daar de esta manera. Los rodamientos sobre todo los tipos,

Journal, pueden daarse inutilizando a la broca si es que la misma se golpea

contra el fondo del hueco. El golpe puede daar al rodamiento tal como se

observa en la figura y trabar al cono.

4.21. ANLISIS DEL DESGASTE ANORMAL DE BROCAS DE INSERTOS

Una broca de insertos con un desgaste uniforme de su estructura de corte, sellos

efectivos, rodamientos en buenas condiciones, un nmero mnimo de insertos

rotos o faltantes testifica una seleccin acertada. Una rotura pronunciada de los

insertos internos de una broca para formaciones blandas puede ser el resultado

de: Formacin demasiado dura para la broca. Peso sobre la broca inadecuada.

La rotura de los insertos en la misma hilera es generalmente progresivo. AI

romperse uno, los vecinos se ven sobrecargados y comienzan a romperse

gradualmente. Ver diagrama adjunto.

Una gran cantidad de insertos rotos indican sin lugar a dudas que la broca era

demasiado blanda para la formacin que se est perforando. La rotura de los

insertos en 1a hilera del calibre puede resultar de repasar el hueco de una manera

inapropiada.

Tambin formaciones arenosas de gran abrasividad pueden producir un desgaste

anormal de este tipo. El grfico adjunto ilustra este tipo de problema. Como

consecuencia de una hidrulica deficiente y una limpieza del fondo del hueco

inadecuado se puede producir una erosin de los conos de la broca. Como



consecuencia el material (de los conos se desgasta y los insertos se caen de la

broca. Ver dibujo adjunto.

Objetos metlicos cados desde la superficie como herramientas de mano pueden

daar seriamente y con rapidez una broca. Si el problema no es detectado con

rapidez pronto se estar enfrentando una situacin de pesca. Estos objetos

destrozan a la estructura de corte, rompen a los dientes y a los insertos, traban y

separan a los conos de sus rodamientos con rapidez.

Los insertos de brocas para formaciones blandas son largos y es normal que se

desgasten con el uso. Pero un desgaste excesivo indica una seleccin

inadecuada. 4tros problemas relacionados con brocas pueden ser:

Jets lavados.

Rotura o lavado de la conexin de la broca al resto de la sarta a consecuencia de

torque inadecuado.

Tal cual se evalu en el caso de los drill collars y tuberas de perforacin es muy

importante conocer los valores de torque mnimos a aplicar para cada broca. La no

aplicacin de los torques recomendados puede resultar en rotura de la conexin y

en un trabajo de pesca.

Torque recomendado para las brocas

Dimetro (pulg) Tamao de coneccin (pulg) Torque recomendado (pie/libra)

3 3/4 - 4 1/2 2 3/8 3000 - 3500

4 5/8 - 5 2 7/8 6000 - 7000

5 1/8 - 7 3/8 3 1/2 7000 - 9000

7 5/8 - 9 4 1/2 12.000 - 16.000

9 5/8 - 9 7/8 5 1/2 23.000 - 27.000

9 5I8 - 26 6 5/8 28.000 - 32.000



14 3/4 - 26 7 5/8 34.000 - 40.000

17 1/2 - 26 8 5/8 40.000 - 60.000

4.22. PRUEBA DE PERFORACIN DE LOS 5 PUNTOS

Estamos perforando a los 8.900 pies y se obtuvieron los siguientes resultados en

una prueba de cinco puntos:

WOB (1000 lbs RPM ROP (Pies/Hora)

Inicial 43 115 28

Wl/NL 35 80 18

Wl/NH 35 150 27

WH/NH 50 150 36

WH/NL 50 80 25

Final 43 115 29

Capitulo 4 Diseño de Trepanos

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