Fundamentos Esenciales de la Sarta de Perforación y Barrenas

Componentes Principales de la Sarta de Perforación

La sarta de perforación es un conjunto de elementos tubulares y herramientas que conectan la superficie con la barrena en el fondo del pozo, transmitiendo energía y fluidos. Sus componentes clave son:

Drill Collars (DC)

Proporcionan rigidez y peso a la parte inferior de la sarta de perforación. Son los componentes más pesados de la sarta, diseñados para trabajar a compresión y aplicar peso sobre la barrena para penetrar las formaciones. Su diámetro es casi igual al de la barrena.

Heavy Weight Drill Pipe (HW)

Aporta rigidez y peso en diámetros cercanos al diámetro máximo de la barrena. Puede trabajar tanto a tensión como a compresión y actúa como zona de transición entre el Tubo de Perforación (TP) y los Drill Collars (DC), ubicándose justo encima de estos últimos.

Tubo de Perforación (TP)

Tubo de acero que transmite la energía rotatoria y el fluido de perforación. Trabaja principalmente a tensión.

Recalcado

Zona de transición entre el tubo y la junta, que puede ser interna, externa o combinada.

Conexiones y Roscas

Su función es mantener los sellos, evitar fugas y prevenir roturas.

Características de las Roscas:

• Valles
• Crestas
• Flancos
• Altura de hilo
• Paso de hilo
• Eje de hilo
• Ángulo de hilo
• Conicidad

Configuraciones y Parámetros de la Sarta

Configuraciones de la Sarta de Perforación:

• Tipo 1: La más simple, con Drill Collars (DC) y Tubo de Perforación (TP). El peso sobre la barrena (WSB) y el punto neutro (PN) se encuentran en los DC.
• Tipo 2: Incluye Heavy Weight Drill Pipe (HW) como transición entre los DC y el TP. El WSB y el PN se ubican en los DC.
• Tipo 3: Diseñada para lograr control direccional y verticalidad. El PN se encuentra en el HW.

Relación de Rigidez (RR)

Selección de diámetros de HW y TP que minimicen los esfuerzos de transición debido al cambio de diámetro.

Punto Neutro (PN)

Punto en la sarta donde los esfuerzos de tensión y compresión son iguales a cero. Depende del tipo de configuración de la sarta.

Resistencia a la Tensión (RT)

Capacidad de un material para resistir esfuerzos sin romperse o deformarse permanentemente. Depende del Módulo de Young y del diámetro del tubo.

Módulo de Young

Fuerza necesaria por unidad de superficie para producir un estiramiento igual a la longitud inicial del material.

Margen de Operación (MOP)

Valor que indica cuánto se debe jalar la tubería por encima del peso máximo de la sarta.

Tipos y Características de Barrenas de Perforación

Tipos de Barrenas:

• Fijas: PDC (Policristalino de Diamante Compacto) y Diamante Natural.
• Tricónicas: De insertos y de dientes fresados.

Barrenas Tricónicas:

• Componentes: Piñón, pierna, cono, muñón, compensador, rodamiento, tobera, faldón.
• Durabilidad (sin sello): Aproximadamente 25 horas.
• Durabilidad (con sellos): 35-40 horas.
• Durabilidad (con chumacera): Más de 60 horas.
• Funcionamiento (dientes fresados): Cortan por presión y acción de paleado, ideales para formaciones suaves.
• Funcionamiento (insertos): Trituran y golpean la formación.

Barrenas Fijas (PDC, TSP):

• Componentes: Conexión, slot de apriete, calibre, puerto de desalojo, aleta, nariz, taper, cono.
• Mecanismo de Corte: Cortan principalmente por cizallamiento. Las TSP (Thermal Stable Polycrystalline) también utilizan cizallamiento.

Características de Diseño de Barrenas:

• Estructura de Corte
• Sistema de Rodamiento
• Sellos
• Conos

Estructura de Corte:

Los cortadores fijos ofrecen mayor resistencia a la abrasión y al impacto.

Conos (en barrenas tricónicas):

• El ángulo del muñón depende del diámetro del cono, del tipo de formación y del tipo y diámetro de la barrena.
• La excentricidad del cono depende del diseño de interferencia con la formación.

Tipos de Formaciones y Diseño de Insertos:

• Suaves: Insertos blandos en forma de dientes de máxima extensión.
• Medias a Duras: Insertos medios en forma de cuña de extensión media.
• Extraduras: Insertos duros en forma cóncava, con mínima extensión y máxima resistencia.

Clasificación de Desgaste de Barrenas (IADC):

El sistema IADC (International Association of Drilling Contractors) clasifica el desgaste de las barrenas:

• Dientes (T): Escala de 1 a 8 (1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 7/8, total).
• Rodamientos (B): Escala de 0 a 8 (0, 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 7/8, 8/8).
• Calibre (G): Escala de 1 a 8.

Parámetros Operacionales y Conceptos Clave

Parámetros de Operación de Barrenas:

• Peso sobre la Barrena (WSB)
• Velocidad de Rotación
• Hidráulica

Peso sobre la Barrena (WSB)

Carga aplicada a la barrena, generalmente por medio de los Drill Collars (DC), para que efectúe la penetración.

Velocidad de Rotación

Cantidad de vueltas por minuto que la mesa rotaria transmite a la sarta de perforación.

Costo por Metro Perforado

Costo por metro perforado obtenido en un momento determinado durante la vida útil de la barrena, aplicando la fórmula correspondiente.

Gasto (Caudal)

Volumen de fluido por unidad de tiempo.

Capacidad Interna

Volumen por unidad de longitud que contiene un tubo en su interior, y depende del diámetro interno del tubo.

Sistemas de Rodamiento de Barrenas:

• Rodamiento Estándar (lubricado por lodo): Duración de 20 a 30 horas de rotación. Incluye 2 juegos de baleros (1 cilíndrico y 1 esférico).
• Rodamiento con Grasa (sellado): Baleros sellados que contienen su propia grasa para lubricación, lo que reduce el desgaste. Duración de 30 a 50 horas.
• Chumaceras (selladas): Un solo juego de baleros cilíndricos que sirven como seguros para el cono. Duración de más de 60 horas.

Componentes Adicionales de la Sarta de Perforación:

• Tubo de Perforación (TP)
• Heavy Weight Drill Pipe (HW)
• Drill Collars (DC)
• Swivel
• Válvula de Seguridad (Kelly Cock o Maho Valve)
• Estabilizadores
• Motores de Fondo
• Herramientas de Fondo Especiales (ej. Portabarrena)
• Barrena

Excentricidad (de la barrena)

Distancia entre la unión de los ejes de los conos y el eje central de la barrena.