seleccion de tricoasdfanos 1
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SELECCION TRICONOSSELECCION TRICONOS
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INTRODUCCION
El propósito de este tema es introducirlos en la
configuración general del tricono y familiarizarlos
con la nomeclatura del mismo. En el caso másgeneral el tricono está compuesto por 3 conos,
aunque hay brocas de uno o dos conos, 3 patas que
forman el cuerpo del tricono y piezas pequeñas
como los cojinetes y los insertos de carburo de
tungsteno.
NOMENCLATURA DEL TRICONO
Los conjuntos principales de un tricono están indicados en la ilustración inferior.
Conexión rotativa roscada
(API/BECO)
Tubo de aire (filtro de aire cojinete)
Hombro
Pata
Canales de aire a los rodamientos
Zona del domo
Tapón retención a bola
Faldón
Rodamiento a rodillosProtección talón del cono
inserto de carburo de tungsteno
Rodamiento a bolillas
Cojinete radialFila “D” de insertosFila “C” de insertosFila“B”de insertos
Fila “A”de insertos
Tricono con cojinetes de fricción, bolas y rodillos
Cuerpo
Orificio Centerline™de pata
Tobera jet
Protección de pata de
carburo de tungsteno
Protección desgaste pata
insertos de carburo de
tungsteno
Tapón empuje
Buje de fricción del husillo
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CONOS
Los conos tienen insertos de carburo de
trungsteno colocados a presión los cuales cortan
la roca.Dado el el cono está diseñado para rodar,
las superficies de los cojinetes están mecanizadas
en el diámetro interior o calibre del mismo.Estas
superficies copian el diámetro exterior del
cojinete de la pata. La mayoría de los triconos
usan rodillos o bolas como rodamiento.
Discutiremos esto en detalle más adelante.
BIT LEG
La pata del tricono tiene una pista
maquinada que copia el cojinete del
cono. Posee además toberas u orificios de
circulación central que regulan el
volúmen y la presión de los fluídos
circulantes. En un cojinete enfriado por
aire existen canales de enfriamiento
mecanizados en la pista.
RODAMIENTOS A RODILLOS
Los rodamientos a rodillos están
diseñados para soportar la mayor porción
de las fuerzas radiales.
RODAMIENTOS A BOLAS
La función primaria de diseño del
rodamiento a bolas del tricono es para
retener (o trabar) el cono en la pista de
la pata.
Rodamientos
a rodillos Rodamientos
a bolas
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COJINETES DE FRICCIÓN
Cuando hay limitaciones de diseño por
espacio o lugar, el rodamiento de
rodillos interno a veces es reemplazado
por un cojinete a fricción. Este cojineteinterno soporta la carga radial junto con
el rodamiento a rodillos exterior.
BOTON DE EMPUJE
Los cojinetes de empuje están diseñados para
soportar las cargas o fuerzas axiales. Hay dos
cojinetes de empuje, uno primario y otro
secundario. El primario es el boton de empuje. A
medida que el botón de empuje se desgasta, el
cojinete secundario ayuda a soportar la carga.
TOBERA JET
Las toberas cambiables están ubicadas
en el tricono a fin de regular la presión y
volúmen resutante de aire para obtener
la máxima circulación en el fondo del
pozo.
CANALES DE ENFRIAMIENTO
Los canales de enfriamiento por aire
están diseñados para dirigir una
porción de la circulación a través de
los cojinetes para su enfriamiento y
para evitar que la suciedad o el polvo
penetre en los cojinetes.
Primary
SecondarySecundario
PrimarioBotón de
empuje
Cámaras de
enfriamientopor aire
COJINETES
DE FRICCION
TOBERA
JET
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TUBO DE AIRE
El tubo de aire está diseñado para permitir
que un porcentaje del aire comprimido sea
dirigido a los canales de aire para el
enfriamiento de los cojinetes. El tubo de aire
además evita que partículas mayores entrenen los canales de aire y causen restricciones
de aire a los cojinetes.
VALVULA ANTI-RETORNO
La válvula anti-retorno está diseñada para evitar que el agua del pozo penetre y
tapone los orificios de aire cuando se apaga el compresor.
La vávula anti-retorno puede quitarse o colocarse de acuerdo a la necesidad.
Utilice las herramientas apropiadas y siempre use anteojos de seguridad.
Diagram of
Smith BFV
Tubo
de
Aire
Válvula
anti-retorno
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INSERTOS DE CARBURO
Los conos tienen filas mecanizadas en los mismos.
Cada fila tiene orificios taladrados dentro de los
cuales van colocados a presión los insertos de
carburo de tungsteno. La geometría de las filas, eldiámetro y forma del inserto sono conocidos como la
“estructura de corte” y diferentres tipos de roca
requieren diferentes geometrías de corte.
En general, un tricono con insertos largos muy
espaciados se utiliza para perforar roca blanda.
Aunque un tricono para roca blanda está diseñado
para producir una acción de rascado, también realiza
alguna acción de triturado.
Un tricono típico para perforar formaciones duras deberá tener insertos esféricos cortos de
punta roma con pequeño espaciamiento entre los mismos. Aunque un tricono para terreno
duro realiza alguna acción de rascado, ha sido diseñado principalmente para perforar la
roca por trituración.
Insertos de carburo
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¿QUE ES EL CARBURO DE TUNGSTENO?
El carburo de tungsteno cementado empleado en los insertos de los triconos, es una mezcla
de carburo de tungsteno y cobalto. El tungsteno provee a los insertos la dureza y
resistencia al desgaste requeridas mientras que el cobalto provee la tenacidad.
El carburo de tungsteno cementado se produce a partir de un proceso metalúrgico del
polvo, donde los ingredientes en forma de polvo son compactados mediante alta presión a
la forma diseñada. Los insertos son luego sinterizados a altas temperaturas, donde se
amalgaman los granos del polvo. A medida que los insertos se enfrían, se contraen a sus
dimensiones finales.
Las propiedades de carburo cementado que forma los insertos de los triconos, están
detalladas más abajo:
• alta resistencia al desgaste, con una dureza de 1100 – 1500 H (aproximadamente 9
en las escala Mohs)
• mayor resistencia a la compresión que el acero
• alta densidad de 14500kg/m3 (2 700lbs/cu.ft)
• mayor conductividad de la temepratura que el acero
• menor coeficiente de expansión termal que el acero (aproximadamente 50%)
La resistencia al desgaste (dureza) y tenacidad (una combinación de resistencia a lacompresión y a la tracción) son factores importantes en perforación rotativa y están
influenciados por el contenido de cobalto y por el tamaño del grano del tungsteno.
Contenido de Cobalto
El contenido de cobalto en un inserto
normal esta generalmente entre un 6 a un
12% en peso, con un tamaño de grano de 4
a 6 micrones.
Resistencia al desgaste
La resistencia al desgate, en relación con el
contenido de Cobalto y con el tamaño del
grano de los insertos de carburo, se detalla
a continuación:
• menor contenido de Cobalto-mayor
resistencia al desgaste• menor tamaño de grano-mayor
resitencia al desgaste
• mayor resistencia al desgaste-
menor tenacidad y mayor fragilidad
del material
Nota: El carburo tradicional surge de compromisos. Amayor resistencia al desgaste menor tenacidad o amayor tenacidad menor resistencia al desgaste.
Resistencia al desgate
Tenacidad
CARBURO (DESGASTE/TENACIDAD)
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Carburo DP
El carburo cementado Propiedad Dual (DP) es un carburo
patentado por Sadvik diseñado para brindar resistencia al desgaste y
tenacidad en el mismo inserto. Las propiedades específicas están
diseñadas en un proceso especial de sinterizado donde se puede
alterar la resistencia al desgaste o la tenacidad introduciendo
gradientes de cobalto dentro del cuerpo del inserto.
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CONFIGURACION DE LAS ESTRUCTURAS DE CORTE DEL
TRICONO
Existen diversas estructuras de corte disponibles a seleccionar para satisfacer las
necesidades de resistencia a la compresión, abrasividad, densidad y homogeneidad de la
roca a ser perforada.
Para nuestros propósitos vamos a clasificar los triconos en 4 (cuatro) categorías generales:
Tricono(s) muy agresivo
La configuración del tricono muy agresiva es una
estructura de corte muy agresiva para rocas muy
blandas con una reistencia a la compresión hasta
100 Mpa (14 500psi).
Tricono(s) agresivo
La configuración del tricono agresiva está
diseñada con puntas afiladas de los insertos para
roca blanda con una resistencia a la compresión
de 75 – 125 Mpa (10 878 – 18 130psi).
Tricono(s) agresivo medio
El tricono agresivo medio está diseñado con un
plantilla de espaciamiento de insertos apropiada
para roca media con una resistencia a lacompresión de 100 - 310 Mpa (14 500 –
44 962psi).
Tricono(s) menos agresivo
El tricono menos agresivo está diseñado coninsertos tenaces para rocas duras con una
resistencia a la compresión de 200 MPa
(29000psi) (mínimo).
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SELECCION DE UN TRICONO
La correcta selección de la estructura de corte del tricono es fundamental para optimizar
las velocidades de penetración y vida útil del mismo. Al determinar el tricono apropiado,
deben considerarse aquellos factores como: resistencia a la compresión, abrasividad de la
formación rocosa, velocidad de penetración deseada, características de la perforadora y
experiencia previa.
La selección del tricono adecuado puede ser difícil dado que la zona de trabajo de los
triconos se puede superponer. El cuadro de selección de triconos de la siguiente página
muestra los triconos apropiados con la correspondiente dureza de la roca.
Otro factor importante a considerar cuando se selecciona el tricono para una máxima
penetración es que a mayor superficie de los insertos de carburo, es necesaria una mayor
fuerza de empuje para romper la superficie del terreno.
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TRICONOS TRICONOS P/BARRENOS
PILOTO
(coj inetes sel lados ) FORMACION
Aire Aire Sellado
(BLANDA)
(BLANDA
A MEDIA)
(MEDIA)
(MEDIA
A DURA)
(DURA)
FORMACION
(MEDIA)
(MEDIA
A DURA)
(DURA)
COMPARACION TRICONOS SANDVIK SMITH
Nota: Consulte con su representante de triconos para la selección final del tricono.
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Realizar una prueba fuera de la perforadora bajo condiciones controladas le dará
información valiosa para seleccionar el tipo correcto de tricono. Es importante recordar
que las formaciones rocosas pueden tener una gran variación, aún en distancias cortas y
esto debe ser considerado en la prueba con un factor de seguridad.
Juntar y evaluar toda la información disponible lo ayudará a realizar la selección correcta
del tricono para una máxima eficiencia y vida útil.
SELECCION DE TOBERAS
Las toberas se utilizan para regular la distribución del aire comprimido entre el cojinete
enfriado por aire y la tobera tipo jet. (El aire forzado a través del cojinete lo mantiene frío
y limpio y el aire de la tobera limpia el fondo del pozo)
Es de suma importancia el tamaño adecuado de la tobera a fin de asegurar la operación
correcta del tricono y del compresor de la perforadora.
Si la tobera es de diámetro muy grande, la caída de presión a
través del tricono va a ser muy baja. Esto provocará que una
porción mayor del flujo de aire sea dirigido a través de las
toberas y una proporción muy baja sea dirigida a los
cojinestes para su enfriamiento. En algunos compresores, la
válvula de míinima presión se protegerá a sí misma
sacrficando el tricono al restringir el caudal de aire desde el
tanque del compresor.
Si las toberas tienen un diámetro muy pequeño, la presión
de aire dentro del tricono será muy alta. Dependiendo del
tipo de compresor, el compresor descargará frecuentemente
o restringirá el caudal de aire recibido por la válvula de
admisión cerrándose. Ambas condiciones provocan
condiciones pobres de barrido y operaciones de perforación
por debajo del óptimo.
TOBERA MUY GRANDE
TOBERA MUY PEQUEÑA
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SELECCION DE TOBERAS
Para dimensionar el tamaño adecuado de la tobera para la operación de perforación, utilice
los siguientes diagramas de caída de presión y cálculos.
• Registre el caudal libre (m3/min or cfm) y la presión de trabajo (bar, psi) del
compresor. Tome en cuenta la condición del compresor y la altura sobre el nivel delmar, de ser necesario compense el caudal de aire por la pérdida de fuerza de levante
en la tabla de aire de barrido.
• Reste 10 psi (0.07 Mpa) de la presión de trabajo establecida del compresor, para
compensar por las caídas de presión en el sistema. El valor resultante
corresponderá a la presión de aire en el tricono.
• Encuentre una tabla de caída de presión que corresponda al diámetro del tricono.
• De la tabla de caída de presión, encuentre el caudal que corresponde lo másaproximado al valor de caudal libre del compresor.
• Seleccione de la tabla de caída de presión el menor tamaño de tobera que permitirá
una presión tal que no exceda la presión de trabajo del compresor a mantener en el
tricono.
• La menor presión recomendada en el tricono es de 30 psi ( 0.21 MPa) y el
manómetro dentro de la cabina del operador debería indicar 35 - 40 psi (0.24 – 0.28
Mpa).
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Caídas de presiónTriconos 5 1/8" - 6 ¼"
(130 – 160mm)
Caídas de presiónTriconos 6 ¾" - 7 3/8 "
(170 –
190mm)
Caídas de presiónTrficonos 7 7/8" – 9"
(200 – 230mm)
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Caídas de presiónTriconos 12 ¼" – 13¾"
(310 – 350mm)
Caídas de presiónTriconos 15" - 16"(380 – 405mm)
Caídas de presiónTriconos 9 7/8" – 10
5/8"(250 – 270mm)
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Resuelva los siguientes ejemplos para determinar el tamaño adecuado de tobera con la
ayuda del gráfico de pérdida de fuerza de elevación.
1. Diámetro tricono (circulación jet) 9 7/8 in 250 mm
2. Altura sobre el nivel del mar 3050 ft 1000 m
3. Presión de trabajo del compresor 50 psi 0.34 MPa
4. Caudal del compresor 1 500cfm 42 m3/min
Corrección por altura sobre el nivel del mar 0.88 x 1500 = 1320cfm 0.88 x 42 = 37m3/min
Presión de aire en el tricono 50 – 10 = 40 psi 0.34 – 0.07 =
0.27MPa
La tobera adecuada en el gráfico es 11/16 in 17.5mm
Caídas de presión
Triconos 9 7/8" – 10 5/8"(250 – 270mm)
COMPENSACION POR ALTURA
Cuando se trabaja a una altura sobre el nivel del mar es necesario ajustar el caudal de aire
nominal ya que el caudal de aire entregado por el compresor será menor. Use el gráfico de
pérdida de fuerza de levante cuando compense por altura.
GRAFICO DE PERDIDA DE FUERZA DE
ELEVACIONPérdida en % Factores de corrección
ALTITUD
(m)
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CAMBIANDO LA TOBERA - dos métodos de retención de la
tobera)
• Limpiar la zona alrededor de las
espinas elásticas y toberas
• Quite la espina elástica usando un
punzón de 5 mm.
Siempre use anteojos de sol
• Quite la tobera de su alojamiento
• Asegúrese que el alojamiento de la
tobera esté limpio
• Inserte la tobera en su alojamiento
asegurándose que el encastre de la
tobera esté alineado con el orificio
de la espina elástica
• Cambie la espina elástica
asegurándose que la cabeza de la
misma este a ras con el cuerpo del
tricono
Siempre cambie las tres toberas juntas
Cuando sea necesario cambiar las toberas del tricono, debe seguirse el siguiente
procedimiento:
C am b i an d o c onm é t o d o d
e e s pi n a el á s t i c a
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Retire el clavo retenedor conel martillo de toberas
Retire la tobera conun destornillador
Coloque la tobera en sualojamiento y alinee elencastre con el ofificio delclavo
Coloque e inserte el clavoretenedor con el martillo detoberas
C am
b i an d o t o b er a s c on cl av o
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/ SaverSub
BARRA DE PERFORACION
El objeto de la barra de perforación es proveer un conducto para transmitir aire, peso y
rotación al tricono, junto con la longitud adecuada a la profundidad a perforar. Las barras
de perforación se roscan unas con otras por medio de una rosca hembra en la parte
inferior y una rosca macho en la parte superior para permitir profundidades de pozo
mayores a las que se obtendrían con una barra única.
Los encastres o planos maquinados en la parte superior de la barra se usan para sostener
la barra mientras se conectan las uniones. El diámetro de la barra es menor que el del
tricono para permitir que el aire de barrido y los detritus pasen a la salida del pozo.
ACCESORIOS DE PERFORACION
Bulones
Goma
Rosca BECO
Rosca BECO
Rosca API
Canasto
tricono
Amortiguador
Collar
Top Sub
Saver Sub
Barra
Barra
Estabilizador
Tricono
Plataforma
Bujes
Guardapolvo
TREN DE BARRAS
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ESTABILIZADORES
Debido a la carga ejercida sobre el tren de barras, la
barra tenderá a doblarse bajo compresión. Esto
ejerce un esfuerzo desigual sobre los conos ya que el
tricono queda desalineado, y provoca una desviación
en el pozo. La estabilización del tricono puede
mejorar el rendimiento, aumentar la vida útil al
prevenir su desalineación y evitar desviaciones en el
pozo. No obstante, como el estabilizador se utiliza
primordialmente para una eficiencia en los costos y
no para la seguridad, sólo una prueba en cada una de
las circunstancias comprobará si el estabilizador es
viable económicamente.
El estabilizador se asemeja a un tramo corto de barra
con roscas cónicas macho o hembra en cada
extremo. El diámetro del estabilizador es apenas
menor que el del tricono. Las estrías, rodillos o
cuchillas que van a lo largo del estabilizador tienen
espacios entre ellos para permitir que el aire de
barrido y el detritus pase a través del mismo.
Las estrías o rodillos desgastan o escarian los costados del pozo lo que limpia la pared ymantiene al tricono perforando en línea recta.
Los puntos a buscar cuando se seleccione un estabilizador son:
• Cuánto aire consume
• Pierde aire rápidamente, cuando y cuanto
• Restringe la limpieza del pozo al ahogar el espacio anular
• Es económicamente eficiente
CUCHILLA
RECTA
CUCHILLA
ESPIRALRODILLOS
CAMBIABLES
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LUBRICACION DE LA ROSCA E INSPECCION
Las roscas de las barras están sujetas a mucho abuso, por lo tanto es imperativo que las
mismas se inspeccionen y engrasen en forma regular. Antes de cada uso, limpie e
inspecione visualmente cada pin y cada box por daños en los hombros.Controlecuidadosamente si existen roces, rebabas, marcas y particularmente rajaduras. Siempre
repare los ítems dañados y reemplácelos si no pueden repararse. Asegúrese que la rosca y
la grasa están siempre libres de contaminantes para evitar que las barras se traben juntas.
Una grasa de roscas de buena calidad les ahorrará dinero.
CORRECCION DE FALLAS EN EL TREN DE BARRAS
La siguiente información es sistemática de los problemas provocados por barras torcidas:• perforando pozos torcidos
• desgaste del deck bush
• reduce el efecto del control del polvo
• carga excesiva en uno o dos conos del tricono resultando en la falla de los
cojinetes de esos conos
RESUMEN
La información contenida en este módulo ha proporcionado una introducción a los
componentes y conjuntos principales del tricono. El alumno ahora deberá realizar una
apreciación mecánica básica del tricono y estar preparado a tomar la evaluación antes de
continuar con el módulo siguiente.