Trepanos Y Afe

5. Optimización de Trépanos y Perforación

Temas • • • • •

Tipos de trépanos y su selección Mecanismos para cortar rocas Factores que afectan la tasa de penetración Cómo concluir una operación de trépano Análisis del costo de perforación (enfoque de planificación de pozos) • Costos tangibles e intangibles • Estimación de costos Autorización de Gastos (Authority for Expenditure, AFE) 2

Trépanos de Perforación Giratorios • El funcionamiento del trépano se basa en los tipos de formación, WOB, RPM, y propiedades del fluido • La selección del trépano se basa en: costo, tipos de formación, condiciones de perforación esperadas y costo del aparejo • Los tamaños de los trépanos varían de 3.75 pulgadas a 28 pulgadas (un pozo se asemeja a un telescopio plegable) • Avances en el diseño de trépanos – – – –

Desarrollo del trépano de cono rodantes Distribución de conos y chorros múltiples Métodos de lubricación de conos (cojinetes) Perforación con trépanos de brillantes y procedimientos con corona sacatestigos – Desarrollo de trépanos PDC y TSP

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Clasificación Básica de los Trépanos • Se pueden dividir los trépanos de perforación en dos clases básicas, aquellos con partes que se mueven y aquellos que no las tienen. • Los trépanos de cono rodantes pueden tener uno o más conos que giran mientras se mueven por el fondo del hoyo. Existen dos tipos muy diferentes de cuchillas, de dientes fresados y de inserto de carburo de tungsteno. • Los trépanos fijos de cuchilla funcionan mediante el raspado o corte de la roca en fondo del hoyo. Se usan con frecuencia brillantes, sea las piedras naturales o las pastillas fabricadas por ingeniería montadas en discos de carburo de tungsteno. 4

Trépanos de Perforación – Diseños Básicos •

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•

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Cuchillas rodantes – trépanos de dientes fresados – Cojinetes menos caros pero una vida útil más corta Insertos de carburo de tungsteno – Son cojinetes con mejores características de ingeniería y una vida útil más larga Cuchillas fijas – PDC – Creados para litologías variables y para una mayor resistencia Trépanos de brillantes – Fueron diseñados para formaciones duras y son más resistentes 5

Partes de un Trépano de Cuchilla rodante En el gráfico se indican varias partes de un trépano de cuchilla rodante. Los tres conos giran en su propio eje mientras el trépano gira en el fondo. Se usa la parte superior de la pata para fines de identificación. Tiene información tal como (1) diámetro del trépano, (2) número de montaje, (3) tipo, (4) marca registrada del fabricante y (5) número de serie. El principal factor limitante que enfrenta un ingeniero de diseño de trépanos es que éstos deben caber en el hoyo de perforación. 6

Tipos de Trépanos Giratorios - Trépanos de Cuchilla rodante •

•

El trépano de cuchilla rodante tiene dientes en forma de cono que ruedan y giran mientras gira el trépano. Los componentes del cono pueden ser de acero, carburo de tungsteno o materiales especiales. Características del diseño: existen cuatro componentes principales: las cuchillas, los cojinetes, el depósito de lubricante y la conexión o para enroscada – –

– – – –

Los más comunes son los de tres conos rodante acción de perforación está en función del descentrado f(descentrado) – gran descentrado para formaciones suaves y casi ninguno si las rocas son duras Los dientes serán largos y alejados entre sí para las rocas suaves y cortos y unidos para rocas duras. cojinete – de bola y rodante o de bola y de gorrón (más avanzado) identificación – en la parte superior de la pata boquilla del trépano – convencional y a chorro

Chorros de trépano estándar (a) y extendido (b)

Existen dos tipos de boquillas: convencionales (dirigen el fluido hacia las cuchillas), y a chorro (dirigen el fluido a la parte inferior del hoyo) 7

Nomenclatura de Trépanos de Dientes Fresados

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Descentrado del cono 1. La acción de perforación de un trépano de cuchilla rodante depende del DESCENTRADO de los conos. Es una medida que indica cuánto se mueven los conos para que no se intercepten los ejes en un punto común de la línea central del hoyo. 2. Los trépanos de rocas suaves tienen un descentrado de 4o. Se puede obtener un mayor accionamiento en el fondo para aumentar la penetración de formaciones suaves al descentrar las líneas centrales del cono desde el centro de la rotación del trépano. 3. Los trépanos de las rocas suaves tienen un descentrado de casi cero y rompen las rocas mediante la trituración. 9

Tipos de Trépanos Giratorios Trépanos de Arrastre •

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• • •

Los trépanos de arrastre están compuestos de cuchillas fijas que forman parte del cuerpo del trépano y giran como una unidad junto a la sarta de perforación. Características del diseño: cantidad y forma de los componentes para cortar; ubicación de las boquillas, metalurgia del trépano y de los componentes cortadores Ventajas: no hay partes que ruedan, son recomendados para hoyos pequeños y no se rompen casi nunca. Desventajas: caros y no pueden usarse en hoyos superficiales Ejemplos: brillantes, carburo de tungsteno y PDC

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Falla de Roca Elástica por Debajo del Trépano de Cuchilla Rodante (a) Series de fotografías de alta velocidad y (b) Ampliación de la serie 5 que muestra la expulsión de roca desde el cráter

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Mecanismos de fallas de rocas • Basados en dos principios básicos – Retiro de rocas al exceder su fuerza de cizalladura – Retiro de rocas al exceder su fuerza de compresión

• Mecanismo de falla de fuerza de cizalladura – Cizalladura de dientes de trépano o corte de rocas en pedazos – Se arrastra el diente a través de roca después de insertarse – Requiere roca de baja fuerza de compresión

• Mecanismo de falla de fuerza de compresión – Se disminuye la acción de torsión y cizalladura – Se necesita usar una carga WOB mayor a la fuerza de compresión de la roca y que no se quite la roca antes de transmitirse desde el diente de trépano a la formación

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Falla de Cizalladura de Roca • Los mecanismos de falla de roca por cizalladura y por compresión se subdividen en: – Acuñamiento – Raspado y molido (acción de demoler y triturar) – Erosión por acción del chorro del fluido (optimización del tamaño de la boquilla) – Percusión o trituración – Torsión y cimbreo

• Estos mecanismos se relacionan entre sí

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Criterios de fallas de rocas • Dos de los criterios de falla usados en la perforación son Mohr-Coulomb (simple) y von Mises (complejo) – El criterio Mohr usa dos tensiones (máxima y mínima) y se recomienda para rocas quebradizas; el criterio von Mises usa tres tensiones (máxima, intermedia y mínima) y es recomendada para rocas plásticas;

• Mohr Coulomb: la roca falla en estos casos – Tensión de cizalladura > resistencia de cohesión (C) + resistencia de fricción, que se expresa matemáticamente así τ = ± (C + σntanθ) – Esta es una ecuación de una recta que es tangente a los círculos Mohr dibujados en dos cargas de compresión

• Ecuaciones resultantes: la compresión es +ve y la tensión es -ve σn = 1/2(σ1 + σ3 ) - (σ1 - σ3)cos(2φ) τ = 1/2(σ1 - σ3)sen(2 φ), en donde (2φ + θ = 90o)

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Mecanismo de Falla de Rocas Usando el Criterio Mohr Mohr Coulomb: la roca falla cuando la tensión de cizalladura > resistencia de cohesión (C) + resistencia de fricción, que se expresa matemáticamente así τ = ± (C + σntanθ) Esta es una ecuación de una recta que es tangente a los círculos Mohr dibujados en dos cargas de compresión Ecuaciones resultantes: la compresión es positiva y la tensión es negativa σn = 1/2(σ1 + σ3 ) - (σ1 - σ3)cos(2φ) = 1/2(σ1 - σ3)sen(2 φ) donde (2φ + θ = 90o) θ = ángulo de fricción interna φ = ángulo entre el plano de cizalladura y el plano de empuje

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Ejemplo: Una muestra de roca en donde se ejerce una presión de 2000-psi falla cuando hay una carga de compresión de 10000-psi a lo largo del plano que forma un ángulo de 27° con la dirección de la carga de compresión. Usando el criterio de falla de Mohr, determine el ángulo de fricción interna, la fuerza de cizalladura y la resistencia de cohesión del material. Solución: La suma de los ángulos θ y 2φ debe ser igual a 90°. Por tanto el ángulo de la fricción interna está dado por θ = 90 − 2 ( 27 ) = 36°

Se calcula la cizalladura así:

fuerza

de

(

)

1 σ − σ 2 sin ( 2 φ ) 3 2 1 1 τ = (10.000 − 2.000 ) 2 sin ( 54°) = 3236 psi 2

τ=

Se puede calcular la tensión τ = 1 ( σ 1 + σ 3 ) − 1 ( σ 1 − σ 3 ) 2 cos ( 2φ ) 2 2 normal al plano de fractura así: 1 (10.000 − 2.000 ) − 1 (10.000 − 2.000) 2 cos ( 54°) 2 2 τ = 3.649 psi

τ=

La resistencia cohesiva se calcula así

c = τ − σ n tan θ = 3,236 − 3,649 tan ( 36°) = 585 psi

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Selección y Evaluación de Trépanos •

La selección se basa en – La experiencia y las pruebas y fracasos – Costo / pie usados para comparar el rendimiento de varios trépanos – Características de la formación – factibilidad de ser perforada y capacidad abrasiva • La factibilidad de ser perforada mide la facilidad de perforar la roca y disminuye dependiendo de la profundidad • La capacidad abrasiva mide cuán rápido se desgastarán los dientes

•

Evaluación de desgaste de trépanos – Se lleva a cabo cuando el trépano está fuera del pozo – Se debe documentar según el IADC

•

Cómo concluir una operación de trépano – los indicadores son: – Aumento repentino de la torsión giratoria debido a cojinetes desgastados – Cambio drástico de la tasa de penetración – Use costo/ pie para determinar la vida útil óptima del trépano

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Tabla de guía de desgaste para trépanos de dientes fresados

1. Se clasifica el desgaste de los dientes de los trépanos de dientes fresados en relación con la altura fraccional de los dientes que se ha desgastado y se mide en octavos de pulgada Por ejemplo, si se ha desgastado la mitad de la altura original del diente, se clasificará el trépano como T-4 ya que los dientes tienen un desgaste de 4/8 2. Lamentablemente, es difícil a veces caracterizar mediante un solo número el desgaste de dientes de un trépano completo A veces algunos dientes pueden estar más desgastados que otros e incluso pueden estar rotos. Por tanto, es importante contar con la experiencia requerida. 18

Reglas Generales – Selección Inicial de Trépanos • •

Use las tablas de clasificación de trépanos de IADC. Los tipos y características iniciales del trépano se deben basar en su costo. • Use trépanos de cuchilla de 3 conos rodantes – son los más versátiles – Use dientes largos, habrá más WOB si la tasa de desgaste de los dientes < a la tasa de desgaste de los cojinetes – Use dientes más cortos, habrá más WOB si la tasa de desgaste de los dientes > a la tasa de desgaste de los cojinetes

•

Use trépanos de brillantes de arrastre para formaciones que no son quebradizas • Trépanos de arrastre policristalinos compactos de brillantes (PDC) – Use en secciones uniformes de carbonatos o evaporita – No use en formaciones de arcilla de pizarra no firmes que tienen la tendencia a atascarse en las cuchillas del trépano 19

Factores que afectan la tasa de penetración • •

Varios factores: estables e inestables Factores estables: – Características de la Formación tipo, matriz, declive y fluido, fuerza de compresión, dureza y / o capacidad abrasiva, estado de tensiones subterráneas, elasticidad – quebradizo o plástico, tendencia de atascamiento o de empastamiento, k, φ, y temperatura – Ubicación: profundidades, clima, facilidad de acceso desde la base

•

Variables de factores inestables: – Eficiencia de los recursos humanos: competencia (experiencia, entrenamiento especial), factores sicológicos (relaciones entre la empresa y el empleado, sensación de orgullo en el trabajo, posibilidades de ser promovido) – Eficiencia del aparejo: (estado de reparación, mantenimiento preventivo, tamaño adecuado, facilidad de operación, grado de funcionamiento automático y equipo eléctrico) – Factores mecánicos: WOB, RPM (revoluciones por minuto), tipo de trépano – Tipos de lodo (aire, gas, agua y lodo) y propiedades del lodo (densidad, propiedades del flujo, pérdida de fluidos, contenido de petróleo, y tensión / grado de humedad superficiales) – Factores hidráulicos – son importantes cuando se limpia en fondo de hoyo (presión de bombeo, tasa de circulación, velocidades anular y de 20 chorro)

Condiciones de funcionamiento del trépano • Las condiciones esenciales para lograr un buen funcionamiento son: – Peso umbral del trépano: debe exceder la fuerza de compresión de la roca – Tambaleo de trépano – se producen escombros más rápido de lo que los puede sacar (es decir insuficiente fuerza hidráulica) – Ensayo de perforabilidad: sirve para establecer el WOB y RPM opt.

• Procedimiento de Ensayo de perforabilidad: – Coloque el peso en el trépano según máx. recomendado – Bloquee el freno para evitar el avance del trépano – Registre el tiempo en segundos del WOB para disminuir en intervalos sucesivos de 2000 lbf – Realice un trazado de los tiempos en relación con WOB 21

Condiciones de funcionamiento del trépano 1. En este gráfico se muestra la reacción típica de la tasa de penetración ( R) en relación con el peso en el trépano (W ) Se creó este gráfico manteniendo constantes todas las demás variables que afectan R 2. No se puede calcular un valor significativo de R si no se aplica antes el peso umbral del peso (punto a) Se incrementa después rápidamente R con valores cada vez mayores para W para valores moderados (segmento ab) Se obtiene con frecuencia una curva lineal para valores moderados de W (segmento bc) 3. Si los valores de W son mayores, un incremento posterior de W produce solamente una mejora pequeña de R (segmento cd). En algunos casos, cuando W es muy grande se observan disminuciones de R (segmento de). A este comportamiento se lo denomina “tambaleo” (deficiente limpieza de fondo de hoyo)

R = tasa de pentración W = peso en el trépano 22

Condiciones de funcionamiento del trépano En este gráfico se muestra la reacción típica de la tasa de penetración ( R) en relación con el incremento de la velocidad giratoria (N ) Se creó este gráfico manteniendo constantes todas las demás variables que afectan R Generalmente se incrementa R linealmente si los valores de N son bajos. Si aumenta N, la reacción de R a N disminuye. Cuando R no reacciona mucho a los valores altos de N esto generalmente se atribuye al "tambaleo" (deficiente limpieza de fondo de hoyo).

R = tasa de penetración N = velocidad giratoria

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Ecuación del Costo de Perforación (DCE) (ecuación de costo por pie) • Una manera estándar de monitoreo de los aspectos económicos de las operaciones de trépano es mediante los cálculos de costo por pie (CPF). Se puede calcular fácilmente el CPF en cada conexión. • Cuando se comienza a incrementar el costo por pie, es un buen momento para sacar el trépano del hoyo, excepto si hay algún motivo bueno para dejarlo allí. • Cuando se incrementa el CPF, se requiere de una mejora significativa y sustentada de ROP para que el CPF disminuya nuevamente, entonces a menos que: a) tenga confianza de que el trépano sigue funcionando bien y b) está a punto de ingresar a una formación más fácil de perforar, es hora de salir del hoyo.

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Ecuación del Costo de Perforación (DCE) (ecuación de costo por pie) •

La ecuación de costo de perforación (DCE) es útil para seleccionar el trépano. –

–

El procedimiento consiste en dividir los costos de perforación en (1) costos variables de perforación y (2) gastos fijos de operación que no dependan de las alternativas a evaluar. La aplicación más común de una DCE es para evaluar la eficiencia de operación del trépano.

• La ecuación de costos de perforación es: – –

– – –

–

Cf =[Cb +Cr(tb +tc +tt)]/∆ D en donde, Cf =costo de perforación por unidad de longitud (pies), Cb =costo de trépano, $ Cr = costo fijo de operación del aparejo por unidad de tiempo ($/hr) tb =tiempo total de giro durante la operación del trépano, hr tc =tiempo total sin girar durante la operación del trépano, hrtt =tiempo de viaje, hr ∆ D =profundidad total perforada por el trépano escogido (pie)

En esta ecuación se ignoran los factores de riesgo, por tanto se deben evaluar los resultados del análisis de costos con criterios de ingeniería.

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Ejemplo de la Ecuación de Costos de Perforación (DCE) •

Se está preparando un plan de trépanos para un nuevo pozo usando registros de funcionamiento del trépano de pozos descentrados (cercanos). Se muestran los registros para los tres trépanos para una formación gruesa caliza a 9000 pies. Determine cuál trépano da el menor costo de perforación si el costo de operaciones del aparejo es $400 / hora, el tiempo de viaje es 7 horas y el tiempo de conexión es de 1 minuto por conexión. Asuma que se opera cada trépano a casi su costo mínimo / pie que se puede lograr con éste Costo de Trépano Al girar Conexión Penetración promedio Trépano ($) Tiempo(hrs) Tiempo(hrs) Tasa (pie /hr) A 800 14.8 0.1 13.8 B 4900 57.7 0.4 12.6 C 4500 95.8 0.5 10.2

Para el trépano A Cf = [ 800+400(14.8 + 0.1 + 7)]/(13.8 x 14.8) = $46.81/pie Para el trépano B Cf = [4900+400(57.7 + 0.1+ 7)]/(12.6 x 57.7) = $42.56/pie Para el trépano C Cf = [4500+400(95.8 + 0.5+ 7)]/(10.2 x 95.8) = $46.89/pie Se obtuvo el costo menor de perforación con el Trépano B 26

Ejercicio 1 Trépano de dientes fresados en hoyo superior. ¿Cuál es el costo por pie? Tipo de Trépano

1-1-5M de dientes fresados, formación suave, trépano con motor.

Costo de Trépano

$23.000

Horas de Perforación

52.5

Horas de viajes incl.circulación y rectificado de trépano

10

Costo operativo por hora

$8.000

Intervalo perforado

600 pies

Costo por pie 27

Ejercicio 2 Trépano TCI comparado con PDC para perforar por debajo del revestimiento superficial. ¿Cuál escogería? Tipo de Trépano

5-1-7 trépano TCI DRI “S1” PDC

Costo de Trépano

$25.000

$50.000

Horas de Perforación

55

25

Horas de Viajes

10

10

Costo operativo por hora

$8.000

$8.000

Intervalo perforado

1000 pies

1000 pies

Costo por pie

$545

$330

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AFE ¿Qué es? •

•

•

AFE – Aprobación para Gastos (“Approval For Expenditure”) o Autorización para Gastos (“Authorization For Expenditure”) Es en general un cálculo detallado de costos que se presenta a Gerencia para que lo aprueben para asignar el dinero. Una importante responsabilidad del Ingeniero de Perforación consiste en el control de costos, incluyendo el cálculo de costos de perforaciones futuras Después de calcular el costo de un pozo, se solicita la aprobación para la asignación de dinero de Gerencia La aplicación cuenta con un cálculo de costos muy detallado. 29

Tipos de Costos Los costos de un cálculo generalmente se dividen en cinco tipos (5). 2. Los costos FIJOS no dependen de la profundidad del pozo o duración y se mantienen iguales. Por ejemplo los estudios topográficos del sitio de aparejo o el traslado del aparejo al sitio del pozo 3. Costos que DEPENDEN DE LA PROFUNDIDAD: son costos que varían según la profundidad de pozo. Por ejemplo, los revestimientos y accesorios, los trépanos de perforación y el fluido de perforación 4. Costos que DEPENDEN DEL TIEMPO: son costos que varían según la duración de las operaciones de pozo. Algunos ejemplos que se pueden mencionar son la tasa de perforación de aparejo por día; los barcos y helicópteros de provisiones, los salarios y tarifas de consultores, el combustible. 5. Los costos INDIRECTOS son aquellos que no se incurren en el sitio del pozo. Pueden compartirse entre varias operaciones y se puede asignar un porcentaje del costo a cada pozo. Casi siempre dependen del tiempo o duración: Por ejemplo, los costos de oficina incluyendo secretarias, materiales de oficina, bases logísticas y bodegas de provisiones. 6. Los costos de CONTINGENCIAS son aquellos que existen para solucionar los problemas. El costo de una contingencia = costo del problema x probabilidad de que ocurra. Ejemplos: tubería atascada, pesca de herramientas

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Costo de Aparejos de Perforación Costa Afuera

Terrestres

Costo Diario de Aparejo

1998 1999

$90.000 $40,000

(Contrato de un solo año)

Costo Diario de Aparejo Perforaciones muy profundas

1998 1999

Costo Diario de Aparejo

1998 1999

$60.000 $30.000

(Contrato de un solo año)

$180.000 $180.000

(Contrato de cinco años)

JMA

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Ejercicio - ¿Qué tipo de costo? 1. 2. 3. 4.

Transporte aéreo Puede depender del tiempo (si no es compartido) o ser indirecto (si se comparte). Planificación de pozos No se comparte, entonces es un costo fijo. Servicios de registro de lodos. Depende del tiempo de duración. Pérdidas que pueden ocurrir en una sección específica del hoyo. Es de tipo “contingencia”.

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Tipos de Cálculos de Costos Existen diferentes tipos de cálculos de costos que se pueden solicitar al Ingeniero de Perforación. Generalmente se pueden exceder en un 10% los valores especificados en el AFE sin tener que realizar trámites adicionales. Sin embargo, si hay eventos no planificados que provocan que se excedan los valores del AFE, o si parece que se excederán, en más del 10%, la mayoría de compañías solicitan que se presente un nuevo AFE complementario, para indicar el motivo del exceso y las cantidades. 2. Costo básico – costo calculado, no hay problemas. 3. Costo del presupuesto – costo básico + costos de contingencias. 4. Costo de hoyo seco – costo por encontrar un hoyo seco 5. Costo máximo – (costo básico+ costos de contingencias) al límite superior de la precisión del cálculo 6. Costo complementario – cálculo para fondos adicionales

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Apéndice de la Optimización de Trépanos y Perforación

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Sistema de Lubricación de Cojinete Sellado 1. Los cojinetes pueden ser de bola y rodillo o de bola y gorrón. 2. Aquellos de bolla y gorrón son más avanzados y necesitan de sellos de grasa efectivos

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Ensayo de perforabilidad •

Procedimiento de Ensayo de perforabilidad: – Coloque el peso en el trépano según máx. recomendado – Bloquee el freno para evitar el avance del trépano – Registre el tiempo en segundos del WOB para disminuir en intervalos sucesivos de 2000 lbf – Realice un trazado de los tiempos en relación con WOB

Drill-off test data and plot

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Efecto de la velocidad giratoria en la tasa de perforación para algunas formaciones duras

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Trépanos de Cono Rodante - Cojinetes Rodantes (de Rodillo) – Diente fresado o TCI – Usado para mayores velocidades giratorias (aplicaciones de motores) – Los sellos pueden estar hechos de elastómero o metal – Se usan cojinetes no sellados de rodillo (rodantes) en trépanos de grandes diámetros, enfriados y lubricados por el lodo 38

Estructura de Cuchillas con Dientes Fresados

La estructura del diente fresado se crea al mecanizar metal fuera de un cono sin punzar. Se cubren los dientes de acero con un revestimiento duro de carburo de tungsteno para disminuir su desgaste.

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Diseño de la Estructura de Cuchillas con Dientes Fresados Existen muchos parámetros diversos que se pueden ajustar y modificar en el diseño de cuchillas de dientes fresados. 2. Generalmente al tratarse de aplicaciones de rocas suaves, con poca fuerza de compresión, la estructura de cuchillas es agresiva y corta la roca al combinar la falla de compresión, con el raspado y la trituración en el fondo de hoyo. 3. Para perforar rocas más duras, la acción de corte se convierte principalmente en falla de compresión de la roca. • • • • • •

Ángulo de los dientes Longitud de los dientes Cantidad de los dientes Espaciado entre los dientes Forma de los dientes Revestimiento Duro

• Perfil del cono • Ángulo de desvío • Ángulo de gorrón

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Perfile Suave = = = = ==> Duro Es fácil mirar un trépano de diente fresado y ver para cuál tipo de roca se lo recomienda. Para las formaciones suaves, se requieren dientes más largos y una menor cantidad de dientes. Para rocas duras, se recomiendan menos dientes pero más cortos y planos. •Falla de fuerza de Acción de raspado y compresión de rocas. triturado •Más dientes cortos y planos Menos dientes largos

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Trépano TCI (De Pastillas)

Los trépanos TCI usan insertos de Carburo de Tungsteno para destruir la roca. Estos son muy duros pero tienen una menor resistencia al impacto que los dientes de acero. No se deben usar trépanos de TCI si hay chatarra en el hoyo, incluso si son pequeños pedazos. También el funcionamiento de los insertos puede afectarse por observaciones de calor, en donde hay ciclos de calor y de enfriamiento que pueden causar que se resquebrajen los insertos y que éstos no funcionen correctamente cuando hay cargas de perforación. 42

Trépano TCI (De Pastillas)

Como se puede observar, hay trépanos TCI de uno, dos o tres conos. El trépano de un cono fue diseñado para hoyos de pequeños diámetros en donde un trépano de 3 conos tradicional requeriría cojinetes muy pequeños que se desgastaría rápidamente e incluso provocarían la pérdida de conos dentro del hoyo. Al tener un cono se puede contar con un cojinete mucho más grande para el tamaño del hoyo. Habrá muchos raspados y triturados en el fondo por lo que este trépano es recomendado para formaciones que van desde suaves hasta una dureza intermedia. También se puede ver la longitud de los dientes. Se diseñó el trépano de dos conos para aplicaciones direccionales en donde es más fácil dirigir el trépano a los sitios requeridos. 43

Diseño de la Estructura para Cortar de los Insertos Al igual que los trépanos de dientes fresados, existen varios parámetros de la estructura para cortar que pueden modificarse para aplicaciones específicas de trépanos. Los trépanos de formaciones suaves usarán la falla de compresión con raspado y trituración y mientras más duras sean las rocas a perforar su acción se convertirá más en falla de compresión.

• • • • • • • •

Saliente del Inserto Cantidad de insertos Espaciado de insertos Diámetro de insertos Forma de los insertos Composición (materiales) Cantidad de conos Cone Profile

• • •

Perfil del cono Ángulo de desvío Ángulo de gorrón

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Diseño de la Estructura para Cortar Formación Suave Formación Dura

Los trépanos de formaciones suaves tienen menos dientes largos mientras que los de formaciones duras tienen más dientes cortos y planos. 45

Trépanos PDC • Ventajas: – – – –

Vida útil más larga en áreas probadas ROP más rápido en áreas probadas No hay partes móviles (alto N) Aplicaciones de diámetro pequeño

• Desventajas: – Menos recomendadas para rocas duras y abrasivas – Caras, aunque con frecuencia se pueden reparar

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Trépanos policristalinos compactos de brillantes (PDC) Cantidad de Cuchillas

4 cuchillas

7 cuchillas

La mayor cantidad de cuchillas permite que se monten más cortadores, pero disminuyen el área para el flujo de lodo y para quitar escombros. Cuando se espera que la perforación sea rápida, probablemente se seleccione una menor cantidad de cuchillas..

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Trépanos policristalinos compactos de brillantes (PDC) - Geometría de las cuchillas

Las cuchillas podrán ser rectas o curvas. No son mejores ni las curvas ni las rectas, por lo que se deberá analizar el tema con los fabricantes con respecto a las formaciones que se piensa perforar.

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Trépanos policristalinos compactos de brillantes (PDC) – Perfil del trépano

Se usan calados más cortos y perfiles más planos para trabajo más direccional, mientras que los calados y los perfiles más largos se usarán más bien cuando se desea perforar hoyos rectos. 49

Trépanos policristalinos compactos de brillantes (PDC) De configuración liviana - se usa para perforar formaciones más suaves

Al igual que los trépanos de cono rodante, se usan menos cuchillas largas para formaciones suaves. Estos trépanos generan escombros de mayor tamaño y perforan muy rápido si es la formación correcta. La terminología “configuración" se usa para indicar la cantidad y tamaño de las cuchillas y cortadores en el trépano. Un trépano de configuración liviana tendrá menos cortadores y espaciados colocados en menos cuchillas con grandes espacios entre sí. Generalmente hay muchos chorros o boquillas para que se mantenga frío, lubricado y limpio el trépano.

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Trépanos policristalinos compactos de brillantes (PDC) De configuración intermedia – Usado para perforar formaciones que van desde suaves y de dureza intermedia y de una variedad de tipos de litología

La configuración intermedia es similar a la liviana pero hay más cuchillas y cortadores. De igual manera, se debe disminuir el tamaño del cortado para que se refleje mejor la tensión de superficie contra una formación más dura. 51

Trépanos policristalinos compactos de brillantes (PDC)

De configuración pesada – usada para formaciones más duras de varios tipos de litologías

De nuevo se aumentan las cantidades de cuchillas y cortadores al igual que disminuye su tamaño. También es menor el ancho de la cuchilla que va desde la matriz del cuerpo del trépano. De esta manera se refuerza la fuerza contra la tensión lateral en el cuerpo del trépano debido a la mayor fuerza de fricción en las estructuras para cortar. 52

Trépanos policristalinos compactos de brillantes (PDC) De configuración muy pesada – Para perforaciones de formaciones duras

El PDC de configuración muy pesada está compuesto por la mayor cantidad de cuchillas y los cortadores más pequeños. En realidad, en cada giro del trépano una mayor área del trépano está en contacto con la superficie del hoyo de perforación. Si la roca es más resistente a las roturas, la tasa de penetración mejorará si se aumenta la fuerza superficial. 53

Trépanos policristalinos compactos de brillantes (PDC) Tamaño y forma de los cortadores y de las cuchillas

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Trépanos policristalinos compactos de brillantes (PDC)

Están disponibles calados muy largos para cuando se debe perforar lo más recto posible.

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Trépanos de brillantes 1. Los trépanos de brillantes naturales perforar mediante la acción de empujar un objeto muy pequeño y duro contra la formación y la desplazan. La acción de cortar consiste en desgastar la roca. Se producen escombros que son partículas muy finas de roca, conocidas con el nombre de “harina de roca” 2. Los trépanos de brillas servirán para perforar las formaciones más duras pero es baja su tasa de penetración. Ahora se usan solamente cuando no funciona correctamente ningún otro tipo. Son bastante caros. Funcionan mejor las de Ventajas: pesos intermedios de trépano con • velocidades Vida útil más giratorias larga en áreas muy altas Desventajas: por lo que a demostradas veces funcionan a 600 RPM. • Menor ROPs • ROP más rápido en áreas probadas • Hidráulicas intensas • No hay partes móviles (alto N) • Caro, es difícil recuperar • Aplicaciones de diámetro pequeño 56

Trépanos de brillantes naturales

1. Existen una variedad de perfiles. Se pueden usar los de cara plana y calado corto para trabajo direccional mientras que los de perfiles largos y calados alongados son para perforaciones rectas. 2. Tome en cuenta que estos trépanos no usan boquillas, más bien usan canales en su cara para dirigir el fluido conocidos como para “flujos de agua”. Es importante enfriar los brillantes porque si se sobrecalientan se

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