DISFUNCIONES DEL ARREGLO DE
FONDO DEL POZO (BHA)
Y TREPANO
INTRODUCCIÓN
En la industria petrolera las herramientas
y los conjuntos de equipos son de vital
importancia para la perforación de pozos
simétricos, y minimizar el impacto de
daño de la formación hacia los
componentes del arreglo.
Los criterios para selección de las
herramientas componentes de un BHA
son diversos, y uno de ellos
fundamentalmente está basado en
función al tipo de formación que se
perforará y el efecto abrasivo que tendrá
dichas formaciones hacia la sarta. Los
estudios demuestran que con un buen
armado y diseño de BHA reduce una
considerable
cantidad
de
gastos
económicos, especialmente en las
operaciones de perforación direccional.
Los conjuntos de fondo son de primordial
importancia en la etapa de perforación, y
emplear criterios que permitan mitigar los
daños y optimizar los desgastes de la
sarta serán desarrollados a detalle en
este trabajo planteado.
EQUIPOS BÁSICOS:
1
•
ENSAMBLAJE DE FONO O BHA
(BOTTOM HOLE ASSEMBLY)
El ensamblaje de fondo está integrado
por el conjunto de todas las herramientas
entre la broca y la tubería de perforación.
Esta puede ser simple o compuesta, y su
longitud varía entre 500' y 1500' según
las
condiciones
de
operación
(perforación, pesca, reparación o
workover, etc.)
•
•
•
Proporcionar el peso requerido
sobre la broca para que las
formaciones se rompan con más
flexibilidad.
Proporcionan hoyos de calibre.
Evitar
la
formación
de
desviaciones en la perforación.
Minimizar
vibraciones
y
pegamentos de la sarta de
perforación.
LAS
HERRAMIENTAS
MÁS
COMUNES QUE COMPONEN UN BHA
SON:
•
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Tubería de perforación pesada,
HWDP
Drill Collars
Sustitutos
Estabilizadores de camisa
Tubería de perforación-Especifica
Martillos de perforación
Uniones flexibles
Ensanchador de subsuelo
Turbinas de perforación
Reductores de diámetro
Moneles no magnéticos
Herramienta MWD o/y LWD
Motor de fondo
Trépanos
TIPOS DE BHA
➢ BHA LISO
Compuesto solo por drill collars. Es el
menos costoso y quizás el de menor
riesgo con respecto a pesca y
recuperación.
➢ BHA PENDULAR
La técnica de la sarta o ensamblaje
pendular tiene el principio de la fuerza de
gravedad para controlar la desviación del
hoyo, no debe tener estabilizador cerca
del trépano porque funcionaria como el
punto de apoyo y provocarían mayor
desviación por ende se coloca al
estabilizador sobre los collares de
perforación que conecta en la broca. El
peso de bajo el estabilizador provoca
que por la fuerza de gravedad se perfore
hacia el centro.
➢ BHA EMPACADO
Este tipo de perforación se la conoce
como mantenimiento (holding) lo que
quiere decir que mantiene la perforación
LAS FUNCIONES DEL ENSAMBLAJE
DE FONDO SON:
2
con un ángulo determinado según las
necesidades del perforador, este
ensamblaje debe ser rígido y mantener
las condiciones evitando la desviación o
recuperarse de posibles desviaciones,
se logra esto con más puntos de apoyo
en la pared del hoyo para forzar a la
broca a construir un mayor ángulo hacia
adelante manteniendo la dirección e
inclinación. Al tener más estabilizadores
también la sarta se vuelve rígida y en
pozos verticales.
➢ BHA DIRECCIONAL
Controlar la dirección y la
inclinación
de
los
huecos
direccionales.
•
Perforar huecos más verticales.
(sin inclinación).
•
Perforar huecos más derechos.
(sin espirales).
•
Reducir la severidad de las Pata
de perro (Dog legs), Ojo de llave
(Key seats) y de los filos.
Minimizar los problemas de
perforación. (Vibración de la sarta
y del equipo).
•
Minimizar
diferencial.
•
Asegurarse que la sarta de
revestimiento baje en el hueco sin
problemas. (Existe una relación
directa entre el hueco útil y el
diámetro del revestimiento).
atasques
por
En algunos casos, el fenómeno de
atascamiento-deslizamiento da cuenta
de aproximadamente un 50% del tiempo
de perforación en el fondo del pozo.
Dicho fenómeno, una función de la
velocidad de rotación del BHA, tiene
lugar cuando la barrena deja de girar
debido a la fricción producida entre ésta
y la formación. Cuando el esfuerzo de
torsión (torque) dentro de la sarta de
perforación es mayor que estas fuerzas
de fricción, la barrena se suelta
violentamente y gira por la acción de
destornillado de la columna de
perforación, con velocidades angulares
muy altas, lo cual produce un movimiento
lateral destructivo.
Antiguamente el BHA solo se usaba para
dar peso a la broca, hoy tiene muchos
propósitos adicionales como:
•
•
➢ ATASCAMIENTODESLIZAMIENTO (STICK-SLIP)
CARACTERISTICAS
Proteger a la tubería de
perforación de la sarta de las
excesivas cargas deflexión y
torsión.
Mejorar el comportamiento de la
broca.
DISFUNCIONES DEL ARREGLO DE
FONDO:
Consiste en la instalar una configuración
de arreglos de fondo de pozo (BHA) con
herramientas para medir el trayecto del
pozo, componentes de BHA y barrenas
de perforación especiales, incluidos los
sistemas rotativos direccionales, como
ser Motor de Fondo, Turbinas, MWD,
LWD, etc.
•
•
Otra forma de disfunción es causada por
la flexión ocasionada por la excesiva
imposición de la fuerza aplicada sobre la
sarta de perforación. Esto puede generar
impactos laterales cuando la sarta se
encuentra suficientemente deformada o
3
pandeada para hacer contacto con el
pozo.
tricónica. Es fácilmente detectado en
pozos de poca profundidad ya que se
evidencia al mostrar fluctuaciones en la
carga del gancho y saltos en el top drive
o Kelly según el equipo de perforación;
mientras que a pozos con gran
profundidad las vibraciones se hacen
presentes con menor severidad incluso
en pozos direccionales a pesar de que el
daño en fondo persista, por esta razón se
necesitará un sistema que detecte las
vibraciones tenues que llegan a
superficie.
LAS FUENTES DE LAS VIBRACIONES
➢ VIBRACIONES TORSIONALES
Producen ondas que viajan de la barrena
a la superficie y retornan a su origen, lo
cual es la principal causa de que la
barrena rote irregularmente produciendo
una caída en la eficiencia de la
perforación y fallas en las conexiones de
la tubería. El momento que la broca deja
de girar a su verdadera velocidad se va
acumulando energía lo cual representa
un peligro al momento de liberarse. El
problema
persistirá
mientras
los
parámetros de perforación continúen o
pare.
Las vibraciones en el sistema son
producidas por el contacto de la barrena
con las formaciones y la sarta de
perforación con la pared del agujero,
Además otras causas como la curvatura
de la tubería debido a su larga extensión
por esta razón se produce un des
alineamiento que causa o incrementa la
severidad en las vibraciones generando
movimientos
axiales,
laterales
y
torsionales en la barrena y en la sarta de
perforación.
➢ VIBRACIONES LATERALES
Se producen cuando la broca o
estabilizadores no giran en el eje del
radio del pozo lo cual genera golpes
contra las paredes del pozo y por ende
un aumento en el diámetro, lo cual es
difícil identificar en superficie y tomar
acciones por ello reduce la vida
delarreglo de fondo y reduce el ROP
para lo cual se debe minimizar las
vibraciones.
➢ VIBRACIONES AXIALES
Es la principal causa de la disminución
del ROP (rata de penetración),
produciendo saltos en la tubería y
evitando tener un peso uniforme sobre la
broca lo cual puede causar daños en la
misma, principalmente cuando se está
atravesando la formación con una broca
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➢ ROTACIÓN NO-CONCÉNTRICA
DEL APAREJO DE FONDO
(BHA WHIRL)
se perfora un pozo. Ya sea éste un pozo
de gas, agua o petróleo. Los trépanos
son huecos para permitir el paso del
fluido de perforación, que sale a chorros
por picos intercambiables. El fluido de
perforación lubrica y refrigera el trépano
y ayuda a expulsar la roca molida hacia
la superficie. En formaciones rocosas no
consolidadas los chorros de agua a alta
presión ayudan a remover la roca en
forma directa permitiendo reducir los
tiempos de perforado.
Se produce cuando la sarta de
perforación gira fuera de su centro, sin
un eje fijo, ni orden de giro, se torna más
severo cuando el lodo de perforación no
es el adecuado. La detección en
superficie
puede
ser
alcanzada
indirectamente cuando este movimiento
induce al bit Bouncing o la revisión de los
componentes de la sarta de Perforación
después de las corridas. Mientras que
cuando
se
observa
que
los
estabilizadores presentan desgastes
laterales es sinónimo que se está
presentando el BHA Whirl.
Clasificación de los trépanos:
Existen básicamente
trépanos:
•
TREPANOS
Un trépano es un dispositivo que se
coloca en el final de una sarta de
perforación para que rompa, corte y
muela las formaciones rocosas mientras
5
tipos
de
Trépanos tricono
▪ Trépanos de dientes
▪
•
dos
Trépanos de inserto
Trépanos de arrastre
▪ Con diamantes artificiales
(PDC)
▪
Con diamantes naturales
▪
Con insertos de carburo de
tungsteno
DISFUNCIONES DEL TREPANO:
➢ REBOTE (BIT BOUNCE)
Conos
El rebote de la barrena se produce
principalmente durante la perforación de
pozos verticales a través de formaciones
duras, en general con barrenas de conos
giratorios, pero también puede ocurrir
con barrenas de cortadores fijos. La
acción de corte de las barrenas de tres
conos tiende a crear formas lobulares en
el fondo del pozo, lo que hace que la
barrena sea desplazada axialmente tres,
seis o incluso nueve veces por
revolución, modificando el peso efectivo
sobre la barrena (WOB) y levantando
reiteradamente la barrena para luego
bajarla de golpe hasta tocar nuevamente
el fondo del pozo. Las vibraciones
axiales resultantes dañan los sellos, las
estructuras de corte y los cojinetes de las
barrenas, y los componentes del
conjunto de fondo (BHA), y además
reducen la ROP y destruyen los
sensores de fondo de pozo.
Trépanos de Martillo o Hammer
Bits
➢ FLEXIÓN Y MOVIMIENTOS EN
FORMA DE REMOLINO BIT
WHIRL.
TIPOS DE TRÉPANOS:
Trépanos triconicos – Biconos Monoconos
•
•
•
De Diente o Mill Tooth
De insert o TCI
De TCI con Diamond
enhance
Trépanos PDC
•
•
Cuerpo de Acero
Cuerpo de Matriz
Trépanos
impregnado
de
Diamante
Trépanos Hibridos
•
Combinacion
con PDC
de
Coronas Saca testigos
Otro operador estimó que el 40% del
total de metros perforados en todo el
mundo es afectado por los movimientos
en forma de remolino de la barrena. Los
6
movimientos en forma de remolino
generan un movimiento lateral severo en
la barrena y el BHA. A raíz de un
problema de desequilibrio de la
perforación, generado por una barrena
mal seleccionada o una interacción
negativa entre la barrena y el BHA, uno
de los lados de la barrena es empujado
contra la pared del pozo, lo cual crea una
fuerza de fricción. Cuando se perfora un
pozo calibrado, la barrena rota alrededor
de su centro. Pero durante un
movimiento en forma de remolino, el
centro instantáneo de rotación pasa a ser
un cortador en la cara o el calibre de la
barrena, de la misma manera en que un
eje de giro desplaza el centro
instantáneo de rotación de la rueda de un
automóvil hacia el camino. En
consecuencia, la barrena trata de rotar
alrededor de este punto de contacto.
rotación de la tubería para contrarrestar
las disfunciones de la perforación, tales
como los fenómenos de rebote,
atascamiento-deslizamiento, flexión, y
los movimientos en forma de remolino de
la barrena. El incremento del WOB
puede
inducir
problemas
de
atascamiento-deslizamiento
y
el
aumento de la velocidad de rotación
puede generar movimientos en forma de
remolino.
Es posible que la restricción de ambas
variables reduzca los cuatro tipos de
vibraciones, pero a la vez genere una
ROP inaceptablemente baja
La tercera opción consiste en hallar una
combinación optimizada de las dos
variables, lo que sólo puede lograrse si
la barrena, el BHA, la sarta de
perforación y el programa hidráulico se
encuentran integrados como parte de un
sistema de perforación más que como
componentes aislados.
Dado que el centro de rotación de la
barrena se mueve a medida que la
barrena rota, uno de los resultados del
movimiento en forma de remolino es la
generación de un pozo de mayor
diámetro. El movimiento producido en
este pozo puede hacer que los
cortadores se desplacen hacia atrás
(respecto de la rotación de superficie), o
lateralmente, lo cual provoca que la
barrena recorra distancias más largas
por revolución que en un pozo en calibre.
Estas acciones generan cargas de alto
impacto sobre la barrena y el BHA. El
movimiento en forma de remolino
también crea una fuerza centrífuga que
empuja la barrena hacia la pared que
incrementa la fuerza de fricción; esto a
su vez refuerza el remolino.
PRÁCTICAS
DE
PERFORACIÓN
PARA DISMINUIR VIBRACIONES
Tradicionalmente, el perforador debe
modificar el WOB o la velocidad de
7
•
Operar correctamente la broca
durante el periodo de interrupción
de las operaciones y después de
cada conexión.
•
Procurar que el radio del pozo sea
constante, evitando formar un
pozo tortuoso.
•
Tener la configuración correcta de
la sarta de perforación.
•
Diseñar correctamente el arreglo
de fondo y sobre todo estimar el
número
preciso
de
estabilizadores a utilizar según la
desviación del pozo.
•
Evitar doglegs al perforar el pozo.
•
Controlar los parámetros de
perforación en tiempo real para
una buena toma de decisiones.
•
Utilizar sistemas suavizadores de
torque.
•
Utilizar
sistemas
de
amortiguamiento en el fondo del
pozo ubicados en la parte superior
de la broca los cuales ayudarán a
evitar las vibraciones axiales.
•
Establecer un límite de vibración
•
Realizar un correcto uso y diseño
de los lodos de perforación
comprenden los conceptos
criterios vertidos en esta guía.
RECOMENDACIONES
•
•
•
En situaciones donde la sarta de
perforación estará sometida a
condiciones
extremadamente
severas, como pozos de alta
inclinación o de largo alcance, se
recomienda diseñar la sarta
tomando en cuenta esfuerzos
combinados
(tensión/colapso,
tensión/torsión, etc).
Durante el diseño de una sarta de
perforación, se recomienda contar
con tablas de especificaciones de
tubería completas y actualizadas.
Existe software técnico como
herramienta de cálculo para el
diseño de la sarta de perforación,
por lo que se recomienda su
empleo, una vez que se
8
y
BIBLIOGRAFIAS Y REFERENCIAS:
https://es.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%A9
pano#Tipos_de_tr%C3%A9panos
https://www.academia.edu/8489674/TR
EPANOS
Diseño DE TREPANOS
https://www.academia.edu/10362887/G
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petroleum drilling technology- changHong Gao
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