TIPOS DE BARRENAS DE PERFORACIÓN DE INGENIERÍA PETROLERA

Presentación sobre diferentes clases de barrenas de perforación

1. Prof. Luis Soto Pineda
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación

2. Prof. Luis Soto Pineda
Objetivo: El alumno será capaz de identificar los diferentes componentes y tipos de
tuberías que conforman una sarta de perforación, los tipos de roscas utilizados, tipos de
barrenas, sabrá diseñar una sarta de perforación y elaborar un programa de barrenas.
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
a.Definición
b.Principio de operación
c.Clasificación de las barrenas
d.Barrenas tricónicas
e.Barrenas de cortadores fijos (de diamante)
f.Selección de barrenas
g.Selección del diámetro de la barrena
h.Factores que afectan el desgaste de la barrena
i.Determinación del tiempo optimo para el cambio de la barrena
BARRENAS
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”

3. Prof. Luis Soto Pineda
Barrena es la herramienta de corte que se localiza en el extremo inferior de la sarta de
perforación y se utiliza para cortar o triturar la formación durante el proceso de
perforación rotatoria.
Para realizar la perforación, las barrenas funcionan con base en dos principios
esenciales: fallar la roca venciendo sus esfuerzos de corte y de compresión. El principio
de ataque se realiza mediante la incrustación de sus dientes en la formación y
posteriormente en el corte de la roca al desplazarse dentro de ella. La forma de ataque
dependerá del tipo y características de la roca, principalmente su dureza.
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TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
La barrena es la herramienta clave para el ingeniero de perforación: su correcta
selección y las condiciones óptimas de operación son las dos premisas esenciales para
lograr el éxito en el proceso de perforación.
a.Definición
b.Principio de operación

4. Prof. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
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Barrenas tricónicas.- El mecanismo principal
de ataque de esta barrenas (de dientes
maquinados o insertos) es de trituración por
impacto fallando la roca por compresión.
Fallan la roca por
esfuerzo de corte
Fallan la roca por
compresión
De acuerdo a su mecanismo de ataque las barrenas se clasifican en:
De cortadores fijos.- El mecanismo de
ataque es por raspado de la roca fallando por
esfuerzo de corte.
c.Clasificación de barrenas

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Como su nombre lo indica, estas barrenas tienen tres conos cortadores que giran sobre
su propio eje y fueron introducidas entre 1931 y 1933. Varían de acuerdo con su
estructura de corte ya que pueden tener dientes de acero fresados o de insertos de
carburo de tungsteno y constan de tres importantes componentes:
d.Barrenas tricónicas
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
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1. Estructura cortadora 2. Sistema de rodamiento 3. Cuerpo de la barrena
Dientes fresados
Insertos de carburo
de tugsteno

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La estructura cortadora (diente).- La estructura de corte esta montada sobre los cojinetes,
los cuales corren sobre pernos y constituyen una parte integral del cuerpo de la barrena.
Sistema de rodamiento.- Existen tres diseños: rodillos y balines, autolubricados con rodillos
y balines, de fricción autolubricados y los de chumacera.
1. Una conexión roscada que une la barrena
con la tubería.
2. Tres ejes de cojinetes donde van
montados los conos.
3. Los depósitos que contienen el lubricante
para los cojinetes.
4. Toberas u orificios por donde sale el fluido
de perforación para la limpieza del pozo.
d.Barrenas tricónicas
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Cuerpo de la barrena.- El cuerpo de la barrena
consta de:
Conos
Toberas
Conexión

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Código IADC para barrenas tricónicas

Las barrenas tricónicas son las más utilizadas en la perforación petrolera, y para otras
aplicaciones como: pozos de agua, minería y geotermia. Cada compañía tiene sus
propios diseños con características especificas.
Para evitar confusión entre los diferentes tipos de barrenas equivalentes en relación con
sus distintos fabricantes, la Asociación Internacional de Contratistas de Perforación
(IADC) ha desarrollado un sistema estandarizado para clasificar las barrenas tricónicas
de rodillos de acuerdo con:
d.Barrenas tricónicas
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 El tipo de diente (acero o inserto)
 El tipo de formación (en términos de serie y tipo)
 Las características mecánicas
 Función del fabricante

El sistema de clasificación permite hacer comparaciones entre los tipos de barrenas que
ofrecen los fabricantes. El sistema de clasificación consta de tres dígitos:

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El primer dígito.- Identifica el tipo de estructura de corte y también el diseño de la
estructura de corte con respecto al tipo de formación, como se relaciona a continuación:
1.Dientes fresados para formación blanda.
2.Dientes fresados para formación media.
3.Dientes fresados para formación dura.
4.Dientes de inserto de tungsteno para formación muy blanda.
5.Dientes de inserto de tungsteno para formación blanda.
6.Dientes de inserto de tungsteno para formación media.
7.Dientes de inserto de tungsteno para formación dura.
8.Dientes de inserto de tungsteno para formación extra dura.
d.Barrenas tricónicas
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El segundo dígito.- Identifica el grado de dureza de la formación en la cual se usará la
barrena y varía de suave a dura como se indica:
1.Para formación suave.
2.Para formación media suave.
3.Para formación media dura.
4.Para formación dura.
El tercer dígito.- Identifica el sistema de rodamiento y lubricación de la barrena.
1.Con toberas para lodo y balero estándar.
2.Toberas para aire t/o lodo con dientes diseño en T y balero estándar.
3.Balero estándar con protección en el calibre
4.Balero estándar sellado autolubricable.
5.Balero sellado y protección al calibre.
6.Chumacera sellada.
7.Chumacera sellada y protección al calibre.
8.Para perforación direccional.
9.Otras.
d.Barrenas tricónicas
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10. Prof. Luis Soto Pineda
Barrena
dientes de
acero
111
Barrena
dientes de
acero
257
Barrena
dientes de
insertos
546
Barrena
dientes de
insertos
847
d.Barrenas tricónicas
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11. Prof. Luis Soto Pineda
Las barrenas de diamante tienen un diseño muy
elemental, a diferencia de las tricónicas carecen de
partes móviles. Normalmente el cuerpo puede ser de
acero o carburo de tungsteno (matriz) o una
combinación.
El diamante utilizado puede ser natural o sintético,
según el tipo y características de la misma. La dureza
extrema y la alta conductividad térmica del diamante lo
hacen un material con alta resistencia para perforar en
formaciones duras y semiduras.
Las barrenas de diamante, a excepción de las barrenas PDC, no usan toberas para circular el
fluido de perforación, su diseño es tal que, el fluido de perforación puede pasar a través del
centro de la misma, alrededor de la cara de la barrena y entre los diamantes por unos canales
llamados vías de agua o de circulación.
Las vías de circulación en una barrena de diamante no son tan variadas como en una barrena
tricónica donde las toberas son intercambiables.
e.Barrenas de cortadores fijos
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Barrenas de diamante natural
El tipo de flujo es radial y el tipo de cortadores es de
diamante natural incrustado en el cuerpo de la barrena
con diferentes diseños. El mecanismo de corte es por
fricción y arrastre.
El uso de estas barrenas es limitado salvo en casos
especiales para formaciones duras, cortar núcleos de
formación y como barrenas desviadoras en pozos con
formaciones muy duras y abrasivas. Entre más dura y
abrasiva es la formación, más pequeño será el
diamante. Los diamantes utilizados son redondos pero
irregulares.
Barrenas desviadoras
Corta núcleos
e.Barrenas de cortadores fijos
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Barrenas de diamante térmicamente estable (TSP)
Son utilizadas para perforar rocas duras como caliza dura, basalto y
arenas finas. Son más usadas que las de diamante natural. Se caracteriza
por usar diamante sintético de forma triangular, la densidad, el tamaño y
forma del grano son características de cada fabricante.
Barrenas de diamante policristalino compacto (PDC)
El diseño de los cortadores esta hecho con diamante sintético
en forma de pastillas (compacto de diamante). A diferencia de las
barrenas de diamante natural y TSP, su diseño hidráulico se
realiza con sistema de toberas para lodo, al igual que las
barrenas tricónicas. Por su diseño y características, las barrenas
PDC cuentan con una gran gama de tipos y fabricantes,
especiales para cada formación: desde muy suaves hasta muy
duras. Pueden ser rotadas a altas velocidades, utilizadas con
turbinas y motores de fondo y con diferentes pesos sobre
barrena. Por su versatilidad son las más utilizadas.
e.Barrenas de cortadores fijos
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14. Prof. Luis Soto Pineda
Código IADC para barrenas de cortadores fijos
La IADC desarrollo el código para las barrenas de cortadores fijos que consta de cuatro
caracteres (una letra y tres números) que describen siete características básicas:
1.Tipo de cortados
2.Material del cuerpo de la barrena.
3.Perfil de la barrena.
4.Diseño hidráulico para el fluido de perforación.
5.Distribución del flujo.
6.Tamaño de los cortadores.
7.Densidad de los cortadores.
e.Barrenas de cortadores fijos
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15. Prof. Luis Soto Pineda
Barrena
M426
Barrena
D182
e.Barrenas de cortadores fijos
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16. Prof. Luis Soto Pineda
Las barrenas especiales, como su nombre lo indica se
usan para condiciones muy especificas y así tenemos la
siguiente clasificación:
 Barrenas desviadoras.
 Barrenas ampliadoras.
 Barrenas nucleadoras.
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Para el proceso de selección de barrenas es fundamental conocer los objetivos de la perforación.
Los principales aspectos que se deben tomar en cuenta para la selección de barrenas son:
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f.Selección de barrenas
El Rendimiento de la barrena.- Uno de los principales objetivos de los técnicos es perforar el
pozo en el menor tiempo posible o sea, perforar la mayor cantidad de metros en un tiempo de
rotación aceptable.
La trayectoria del pozo (vertical o direccional).- En pozos direccionales las barrenas de
diamante tienen una ventaja especifica sobre las tricónicas debido a su gran alcance y sus
posibilidades de perforar en sentido horizontal.
Economía.- El factor económico es fundamental para la selección de barrenas.

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f.Selección de barrenas
Litología.- Por lo general la información geológica es la primera que se necesita para determinar
la mejor selección de las barrenas: Tipo de roca, dureza, homogeneidad, fracturas, etc. Diám. 36 " Toberas LongitudT.E.B.*P.S.B. Gasto Vel. Pen.Pot. Bna.
Bna. No. Tipo ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs )( Ton ) ( gpm )( min / m )( HP/pg
2
)
1 115 S/T 0 50 50 1.5 2 - 4 80 150 1.8 N / A
Diám. 26" Toberas LongitudT.E.B.*P.S.B. Gasto Vel. Pen.Pot. Bna.
Bna. No. Tipo ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs )( Ton ) ( gpm )( min / m )( HP/pg
2
)
1 115 1(18); 3(16) 50 1000 950 40 6-8160 - 180900 2.53
Diám. 17 1/2" Toberas LongitudT.E.B.*P.S.B. Gasto Vel. Pen.Pot. Bna.
Bna. No. Tipo ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs )( Ton ) ( gpm )( min / m )( HP/pg
2
)
1 115 2(18); 2(16)10002000 1000 10013 - 16120 - 140800 6.00 1.63
2 115 2(18); 2(16)20002560 560 50 8 - 14120-140 770 5.36 1.48
3 PDC 6(10);2(11);2(13)25603800 1240 150 6 - 12140 - 200750-680 7.261.34 - 0.91
Diám. 12" X 14 3/4" Toberas LongitudT.E.B.*P.S.B. Gasto Vel. Pen.Pot. Bna.
Bna. No. Tipo ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs )( Ton ) ( gpm )( min / m )( HP/pg
2
)
1 PDC 2(14); 5(11)38004671 871 120 4 - 8120 - 150572-540 8.271.59 - 1.38
Diám. 10 5/8" X 12 1/4" Toberas LongitudT.E.B.*P.S.B. Gasto Vel. Pen.Pot. Bna.
Bna. No. Tipo ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs )( Ton ) ( gpm )( min / m )( HP/pg
2
)
1 PDC 2(12), 6(11)46716158 1487 300 4 - 8120 - 150485 12.101.40 - 1.36
Diám. 8 3/8" Toberas LongitudT.E.B.*P.S.B. R.P.M. Gasto Vel. Pen.Pot. Bna.
Bna. No. TIPO ( pg / 32 ) De A ( m ) ( hrs )( Ton ) ( gpm )( min / m )( HP/pg
2
)
1 PDC 1)14;1)16;3)1161586458 300 90 8 - 1280 - 100300 18.00 2.46
2 517 3)14; 1)16 64586528 70 50 5 - 880 - 120300 42.86 2.30
3 PDC 1)14;1)16;3)1165286804 276 150 8 - 1280 - 100300 32.61 2.46
R.P.M.
Intervalo ( m )
Intervalo ( m )
R.P.M.
Intervalo ( m )
R.P.M.
Intervalo ( m )
R.P.M.
Intervalo ( m )
R.P.M.
Intervalo ( m )
Registro de barrenas
Registro de barrenas .- Un análisis objetivo de los pozos de correlación ofrece la oportunidad de
comprender las condiciones en el fondo del pozo, las limitaciones de su perforación y en muchos
casos la adecuada selección de barrenas. Un adecuado análisis del registro de las barrenas
proporcionan datos de gran valor como:
Factores importantes

19. Prof. Luis Soto Pineda
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FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección de barrenas
Coeficiente de penetración.- El cual es una indicación de la dureza de la roca, no obstante una
selección inadecuada de la barrena puede ocultar las características reales de dureza.
Fluidos de perforación.- El tipo y calidad del fluido de perforación utilizado tiene un importante
efecto en el rendimiento de la barrena. Los fluidos base aceite mejoran el rendimiento (PDC).
Hidráulica.- La hidráulica proporciona el enfriamiento y limpieza a la barrena. El análisis histórico
mostrara los parámetros utilizados y que oportunidades existen para una mejor utilización.
Factores importantes
Costos.- La barrena debe tener las cualidades que satisfagan las necesidades de aplicación al
menor costo.

20. Prof. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección de barrenas
Factores que afectan la selección de barrenas
Limitaciones de peso sobre la barrena.- Cuando se presenta esta situación, una barrena de
cortadores fijos (PDC) tiene posibilidades de ofrecer un mayor ritmo de penetración que una
barrena de roles.
Escala de RPM.- Cuando se aplicara alta velocidad de rotación a la barrena, la barrena de
diamantes nos ofrece mayor eficiencia que la de roles.
Formaciones nodulares.- En formaciones como pirita y conglomerados las barrenas de roles son
más efectivas, ya que las de diamante se dañan debido al impacto.
Ampliación.- Cuando se requiere la ampliación de un intervalo cuya duración sea mayor de 2 hrs
se deben considerar barrenas de roles.
Pozos profundos.- Se debe considerar una barrena de diamante que nos ofrezca mayor duración
(menos viajes).
Motor de fondo.- Los motores de fondo funcionan con altas RPM por lo que se recomineda la
utilización de barrenas de diamante.

21. Prof. Luis Soto Pineda
Para seleccionar el tipo de barrena (tricónica o de cortadores fijos) se propone el método de
energía especifica (Es). Debido a que la energía mecánica especifica no es solo una propiedad
intrínseca de la roca, si no que esta íntimamente ligada con las condiciones de operación de la
barrena de acuerdo con la siguiente ecuación:
1.Calcular la Es para cada intervalo y para cada
barrena.
2.Graficar los resultados Es vs Prof.
3.Seleccionar la ó las barrenas (triconicas o de
cortadores fijos).
E
s =
13415 *W*N
d*R
p
Donde: W es el peso sobre la barrena (ton)
N es la velocidad de rotación (rpm)
d es el diámetro de la barrena (pg)
Rp es el ritmo de penetración (min/m)
Método a seguir
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección de barrenas

22. Prof. Luis Soto Pineda
Un procedimiento práctico y sencillo para optimizar la perforación es elegir los parámetros de
perforación tales como: tipo de barrena, peso sobre la barrena y velocidad de rotación, más
que obtener la velocidad de perforación promedio del área.
1.Seleccionar los pozos de correlación.
2.Recopilar la información sobre los registros de las barreas utilizadas en los pozos.
3.Calcular el costo por metro de cada barrena a utilizar.
4.Realizar una gráfica de Costo/metro vs. Profundidad.
5.A partir de la gráfica seleccionar las condiciones que den el costo mínimo.
CM =
CB + CE * (TR+TV)
M
CM = costo por metro perforado, dólares/metro
CB = costo de la barrena, dólares
TV = tiempo de viaje completo, horas
TR = tiempo de rotación, horas
CE = costo de operación del equipo, dólares/hora
M = metros perforados
TV = 0.0025 Profundidad (m)
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
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f.Selección de barrenas
Procedimiento

23. Prof. Luis Soto Pineda
Perforado
Programado
En perforacion
A
B
D
C
7
8
5
3
9
2
1
4
6
12
1.- Pozos de correlación
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FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección de barrenas

24. Prof. Luis Soto Pineda No.
Barrena
Diámetro
pg
Tipo
barrena
Costo
dólares
Prof. Inicial
m
Prof. Final
m
Metros
perforados
Tiempo
rotación
hrs Costo / m
Costo por
intervalo
1 17 1/2 111 5,062 0 1,352 1,352 78 22 29744
2 12 1/4 114 2,500 1,352 1,788 436 37 36 15696
3 12 1/4 114 2,500 1,788 2,105 317 18 32 10144
4 12 1/4 114 2,500 2,105 2,363 258 27 51 13158
5 12 1/4 126 3,050 2,363 2,758 395 46 50 19750
6 12 1/4 126 3,050 2,758 2,899 141 22 92 12972
7 12 1/4 517 8,400 2,899 3,355 456 88 85 38760
8 8 1/2 517 4,400 3,355 3,892 537 104 74 39738
9 8 1/2 517 4,400 3,892 3,958 66 33 288 19008
10 8 1/2 517 4,400 3,958 4,033 75 30 242 18150
11 8 1/2 517 4,400 4,033 4,144 111 32 170 18870
12 8 1/2 517 1,100 4,144 4,181 37 11 253 9361
13 8 1/2 517 4,400 4,181 4,426 245 75 130 31850
14 8 1/2 517 4,400 4,426 4,511 85 21 189 16065
15 8 1/2 517 4,400 4,511 4,756 245 63 117 28665
58,962 4,756 685 321,931
Pozo No. 1 No.
Barrena
Diámetro
pg
Tipo
barrena
Costo
dólares
Prof. Inicial
m
Prof. Final
m
Metros
perforados
Tiempo
rotación
hrs
Costo / mCosto por
intervalo
1 17 1/2 114 7,400 0 1,067 1,067 36 18 19206
2 12 1/4 114 2,500 1,067 1,622 554 26 21 11634
3 12 1/4 114 2,500 1,622 2,057 435 28 30 13050
4 12 1/4 114 2,500 2,057 2,048 27 6 251 6777
5 12 1/4 114 2,500 2,048 2,308 224 32 66 14784
6 12 1/4 114 2,500 2,308 2,468 160 30 90 14400
7 12 1/4 517 8,400 2,468 2,878 410 80 87 35670
8 12 1/4 517 8,400 2,878 3,231 353 82 104 36712
9 8 1/2 517 4,400 3,231 3,471 240 78 133 31920
10 8 1/2 517 4,400 3,471 3,471 6 10 400 2400
11 8 1/2 517 4,400 3,471 3,735 258 95 144 37152
12 8 1/2 537 4,400 3,735 3,878 143 45 157 22451
13 8 1/2 537 4,400 3,878 3,995 117 45 193 22581
14 8 1/2 537 4,400 3,995 4,106 111 40 192 21312
15 8 1/2 537 4,400 4,106 4,166 60 20 256 15360
16 8 1/2 627 4,400 4,166 4,190 24 18 500 12000
17 8 1/2 537 4,400 4,190 4,273 83 30 222 18426
18 8 1/2 Diamante 14,875 4,273 4,410 137 150 475 65075
19 8 1/2 Diamante 14,875 4,410 4,615 205 160 333 68265
20 8 1/2 517 4,400 4,615 4,878 263 98 150 39450
110,450 4,877 1,109 508,625
Pozo No. 2
2.Recopilacion de la informacion 3.Calcular el costo por metro

25. Prof. Luis Soto Pineda
De la gráfica se observa que hasta
2000 m aproximadamente, se deben
usar las condiciones de operación del
pozo 2 y de 2,000 a 4,800 m las
condiciones del pozo 1.
Utilizando los datos de las tablas
anteriores realizar el programa de
barrenas para un pozo nuevo.
0
500
1000
2000
3000
4000
5000
5 10 15 20 25 30 35 40
Pozo 2
Pozo 1
Pozo 2 Profundidad (m)

Costo 1000 dlls
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección de barrenas
4.Graficar el costo por metro vs profundidad

26. Prof. Luis Soto Pineda
Existe el concepto erróneo de que una barrena que perfora más metros o que dure más
tiempo perforando es la que da el mínimo costo por metro perforado. Para ilustrar el
concepto anterior se presenta el siguiente ejemplo: Peso sobre
barrena
(ton)
Velocidad de
rotación
(rpm)
Metros
perforados
Horas de
rotación
Caso 1 38 80 150 6
Caso 2 32 85 200 10
Caso 3 30 85 250 15
El costo del equipo es de: 500
dólares la hora.
El costo de la barrena es de:
1,500 dólares.
El tiempo promedio de viaje es
de 6 horas.
Caso 1 CM = (1,500 + 500(6+6)) / 150 = 50 dll/m
Caso 2 CM = (1,500 + 500 (10 + 6)) / 200 = 47.5 dll/m
Caso 3 CM = (1,500 + 500(15 + 16)) / 250 = 48 dll/m
Caso 1 Vel Perf = 150 / 6 = 25
Caso 2 Vel Perf = 200 / 10 = 20
Caso 3 Vel Perf = 250 / 15 = 16
CM =
CB + CE * (TR+TV)
M
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección de barrenas

27. Prof. Luis Soto Pineda
Como se puede observar de la tabla anterior, la barrena que da como resultado el
mínimo costo por metro es la del caso 2 y es importante notar que no fue la que más
metros perforó (caso 3), ni la que más horas de rotación trabajó (caso 3), ni la que
mayor velocidad de perforación obtuvo (caso 1).
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección de barrenas Caso
Velocidad de
perforacion
( m / hr )
Horas de
rotacion
Metros
perforados
Costo por
metro
Dll/m
1 25 6 150 50.0
2 20 10 200 47.5
3 16 15 250 48.0

28. Prof. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección de barrenas Dureza
de la
Formación
Tipo de
barrena
Descripción de
la formación
Estructura
cortadora
Excentricidad
y ángulo
de cono
Tamaño de los
baleros y espesor
de la concha
Acción
cortadora
Formación:
Medio
Suave
511, 514
516, 521
524, 526
Suaves no consolidadas
baja resistencia a la
compresión y alta
perforabilidad:
Arcillas, lutitas, sal de
intervalos grandes
Insertos blandos
en forma de
dientes
de extención
máxima
Insertos blandos
de acción
raspadora y
Los insertos bandos
proveen conchas
de cono más
delgadas y baleros
más pequeños
Principalmente
raspado
con un mínimo
requerimiento de
astillado triturado
Formación:
Media
531, 534
536, 511
614, 616
Intercalaciones más
blandas de
formaciones duras:
calizas, dolomías y
lutitas arenosas
duras
Insertos medios:
en forma de
cuña de
extensión media
Insertos medios:
acción trituradora
con ligero
raspado
Fundamentalmente
astillado y
rascado con
algo de acción
trituradora
Formación:
Media
Dura
621, 624
626, 711
714, 716
Intercalaciones medias
en formaciones
duras:
pedernal, granito
basalto y formaciones
cuarcíticas
Insertos medios:
en forma de
cuña
de extensión
media
Insertos medios:
acción trituradora
con ligero
raspado
Principalmente
trituradora con
algo de acción
rascadora
Formaciones:
Extremadamente
Duras
721, 724
726, 811
814, 816
Las más duras y
abrasivas:
cuarcitas y arenas
cuarciticas duras
Insertos duros:
de forma cónica
de mínima ext
con máxima
resistencia
Insertos duros:
acción trituradora
Inserto tipo duro
provisto de baleros
grandes con una
sección de concha
gruesa
Solamente acción
trituradora y
fracturadora
Insertos tipo medio
previsto de una
sección de concha
más gruesa para
mayor resistencia
Guia para la selección de barrenas de Carburo de tungsteno

29. Prof. Luis Soto Pineda Dureza
de la
formación
Tipo
de
barrena
Tipo
de
roca
Estructura
cortadora
Exentricidad
o ángulo del
cono
Tamaño de los
baleros y espesor
de la concha
Astillado
triturado
Rascado
raspado
Formación:
Suave
111, 114
116, 121
124, 126
Formaciones blandas
que tengan poca
resistencia compresiva y
alta perforabilidad:
Lutitas suaves,
arcillas, lechos rojos,
sal calizas suaves y
formaciones no
consolidadas
Formación:
Media a
Suave
131, 134
136, 211
214, 216
Formaciones suaves
con intercalaciones de
estratos mas duros:
Lutitas o arenas no
consolidadas, lechos
rojos, sal anhidrita,
etc.
Formación:
Media a
Suave
221, 224
226, 231
234, 236
241, 244
246
Formaciones medias a
duras:
Lutitas arenosas y
calizas
Dientes de
longitud media
menos espaciados
Excentricidad
media con acción
combinada
raspado y
triturado
Baleros y espesor
de concha mediano
para cargas sobre
barrena moderadas
Formacion:
Dura
311, 314
316, 321
324, 326
341, 344
346
Formaciones medias
duras, duras abrasivas y
duras:
Dolomias, caliza dura
y lutita dura
Dientes de
longitud corta
poco espaciados
para acción
triturante con
máxima
resistencia a la
ruptura
Rodillos rectos
para acción de
astillado
Baleros grandes y
conchas gruesas
para soportar
grandes cargas
Guia de selección para barrenas de dientes de acero
Dientes largos
y espaciados
para
penetracion
profunda:
Se utiliza el
diseño
interrumpidos
para una
mejor limpieza
y mayores
velocidades
de penetración
Exentricidad
máxima en
los conos
deseñado
para generar
una acción
de raspado
y alta
velocidad de
penetración
en
formaciones
suaves
Generalmente son
baleros pequeños
y conchas
delgadas para
permitir dientes
más largos para
incrementar la
velocidad de
penetración
Acción cortadora
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección de barrenas

30. Prof. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección de barrenas Tipo de
Formación
Tipo de
Roca
Barrenas
PDC
Barrenas
D.N.
Barrenas
TSP
Formación suave con capas
pagajosas y baja resistencia
compresiva
Lutita
Marga
M 314, M 611
M 612, M 672
M 342
Formación suave con baja
resistencia compresiva y
alta perforabilidad
Marga, Sal
Anhidrita
Arcilla
M 312
M 645
D2 RI
D1 X2
Formación suave a media con
baja resistencia compresiva con
intercalaciones duras
Arcilla
Arena
Yeso
M 646
M 346
M 256
D2 R2
M 263
T 2R8
T 646
Formación media a dura densa
con alta a muy alta resistencia
compresiva pero no abrasiva con
pequeñas capas abrasivas
Arcilla, Mudstone
Arenisca
Caliza, Dolimía
Anhidrita
D 2X5
D 4X6
T 2X8
T 2R8
Formación dura y densa con muy
alta resistencia compresiva y
algunas capas abrasivas
Siltstone
Arenisca
Mudstone
D 5X9
D 4X9
D 560
Formación
extremadamente dura
y abrasiva
Cuarcita
Volcánica
D 560
Guia de selección para barrenas de diamante

31. Prof. Luis Soto Pineda
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
f.Selección del diámetro de la barrena
El programa de diámetros de barrenas depende de los diámetros de las tuberías de
revestimiento. Las barrenas están disponibles en casi cualquier diámetro deseado, salvo las
barrenas no estándar o fuera de lo común.
La siguiente figura puede usarse para seleccionar los diámetros de las barrenas y tuberías de
revestimiento para casi todos los programas de perforación.
Ejemplo: Usando la figura (de la diapositiva siguiente) realizar la selección de diámetros de
barrenas y tuberías de revestimiento para un pozo que terminara en TR de 4 ½ pg y se
requerirán instalar 5 tuberías adicionales.
Tubería
pg
Barrena
pg
Tubería
pg
Barrena
pg
4 1/2 6 - 5 7/8 4 1/2 6 1/8 - 6 1/2
7 8 1/2 7 5/8 9 1/2
9 5/8 12 1/2 10 3/4 14 3/4
13 3/8 17 1/2 - 18 1/2 16 20 - 22
20 26 24 30
Primer arreglo Segundo arreglo

32. Prof. Luis Soto Pineda
4 5 ½ 4 ½ 5
6 5/8 7
4 ¾ 5 7/8 6 1/8 6 ½ 7 7/8
7 7/8
7 5/8
7 ¾
20 16
8 5/8 9 5/8
8 ½ 12 ¼ 9 ½ 10 5/8 8 ¾
8 5/8
9 5/8
9 7/8
10 ¾
11 ¾
11 7/8
13 3/8
14
10 ¾ 12 ¼ 14 ¾ 17 ½
11 ¾
11 7/8
13 3/8
14
14 ¾ 17 ½ 20 26
16 20 24 30
TUBERIA
REVESTIMIENTO
BARRENA
BARRENA
TUBERIA
DE
REVESTIMIENTO
TUBERIA
DE
REVESTIMIENTO
BARRENA
BARRENA
TUBERIA
DE
REVESTIMIENTO
TUBERIA
REVESTIMIENTO
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FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
Guía para la selección del diámetro de la barrena

33. Prof. Luis Soto Pineda
Los factores que afectan el desgaste de las barrenas se puede dividir en:
Factores geológicos.- El factor más importante para la selección y operación de una
barrena es el conocimiento geológico; la composición y la resistencia específica de la roca,
ya que materiales abrasivos en la roca son la causa del desgaste prematuro en toda la
estructura de la barrena.
Factores operativos.- Estos factores deben ser diseñados de acuerdo con la geología por
atravesar y la geometría del agujero. Los principales factores son:
Peso sobre la barrena.- A medida que la barrena perfora los cortadores se van desgastando
por lo que se requiere de mas peso, si el peso aplicado no es el correcto, la barrena tendrá
un desgaste prematuro.
Limpieza en el fondo del pozo.- Una limpieza eficiente evita embolamiento de la barrena y
desgaste prematuro por exceso de temperatura.
Manejo y transporte.- Sin importar el tipo de barrena, debe moverse de su embalaje y
colocarse sobre madera, nunca se debe rodar sobre la cubierta metálica del piso de
perforación, sobre todo las de diamante porque son muy frágiles y los elementos cortadores
se pueden dañar y reducirse con esto la vida de la barrena.
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
h.Factores que afectan el desgaste de las barrenas

34. Prof. Luis Soto Pineda
Evaluación del desgate de las barrenas
El análisis y evaluación de cada barrena gastada puede ser de gran utilidad para decidir el
tipo de barrena que se va a utilizar después, ó si en su caso, la práctica de operación debe
ser modificada.
El análisis del record de la barrena es de gran importancia debido a que en el se registran
datos como: inicio y termina de la perforación, condiciones de operación, toberas, tiempos,
etc. y observaciones especiales como: inicio de desviación, variaciones en el ángulo,
perforación controlada por pérdidas de circulación, utilización de motores de fondo, utilización
de martillo, perfora con gases amargos, etc.
Con estas observaciones se tendrá un mejor criterio para evaluar el desgaste y no sacrificar
el uso de un tipo de barrena que ha sido seleccionado correctamente.
Esto podría suceder en el caso de una barrena que se ha utilizado para iniciar a desviar, y al
evaluarla tenga un excesivo desgaste y los metros perforados sean pocos. A simple
inspección se supondría que tuvo un bajo rendimiento, pero la realidad es que se utilizó con
operaciones drásticas con un fin específico.
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
i.Determinación del tiempo optimo para el cambio de barrena

35. Prof. Luis Soto Pineda
Un método experimentado para determinar el momento preciso para suspender la
perforación y efectuar un cambio de barrena consiste en graficar los Es Vs. Avance
acumulado como se muestra en la siguiente gráfica.
En el caso b) se detecta un incremento de E
s y el torque tiene un comportamiento
normal. Esto indica que se esta perforando una formación con mayor dureza lo cual se
corrobora con la recuperación de recortes.

En el caso c) E
s se incrementa significativamente y el torque muestra un aumento
normal y la recuperación de recortes muestra que no hay cambio de litología. Este
comportamiento indica el punto donde la barrena debe ser remplazada.
TEMA IV Herramientas de perforación “Barrenas”
FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
i.Determinación del tiempo optimo para el cambio de barrena

36. Prof. Luis Soto Pineda
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FACULTA DE INGENIERIA Elementos de Perforación
i.Determinación del tiempo optimo para el cambio de barrena