El Stick-Slip es un tipo severo de vibración torsional que ocurre frecuentemente durante las operaciones de perforación y corazonamiento. Se manifiesta como fluctuaciones de torque de baja frecuencia pero de gran amplitud, y es una de las principales causas de ineficiencia y daño en las herramientas de fondo.
1. ¿Qué es el Stick-Slip?
El fenómeno se define como la detención y liberación continua de la barrena (mecha) o del ensamblaje de fondo (BHA).
Fase de "Stick" (Pegue): La barrena se detiene por completo debido a la fricción excesiva entre la barrena/BHA y la formación. Mientras la barrena está estática, el Top Drive o la mesa rotaria siguen girando en superficie, acumulando energía torsional en la sarta de perforación (como un resorte que se enrolla).
Fase de "Slip" (Deslizamiento): Una vez que el torque acumulado supera la fricción estática, la energía se libera violentamente. La barrena acelera rápidamente, alcanzando velocidades de rotación que pueden ser varias veces superiores a la velocidad programada en superficie.
2. Identificación del Problema
A menudo, el Stick-Slip se puede identificar por los siguientes síntomas:
Ruido y vibración: Un sonido de "gruñido" o fuertes vibraciones provenientes del Top Drive o la mesa rotaria.
Fluctuaciones de Torque: Oscilaciones cíclicas en el indicador de torque en superficie (con periodos de 2 a 10 segundos).
Variación en las RPM: El equipo de superficie puede mostrar variaciones en la velocidad de rotación mientras intenta compensar la carga.
3. Causas Principales
El Stick-Slip es inducido por una interacción no lineal de las fuerzas de fricción. Las causas incluyen:
Interacción Barrena-Formación: Fricción excesiva en formaciones duras o abrasivas usando barrenas PDC.
Fricción en las Paredes del Pozo: Contacto excesivo de los portamechas (drill collars) o estabilizadores con la pared, especialmente en pozos desviados.
Parámetros Operativos Inadecuados: Una combinación de baja velocidad de rotación (RPM) y alto peso sobre la barrena (WOB).
Presencia de "Chatarra": Restos metálicos en el fondo del pozo que obstruyen la rotación libre.
4. Consecuencias y Daños
Si no se mitiga, el Stick-Slip puede provocar:
Daño en la Barrena: Dientes rotos o cortadores PDC astillados debido a los impactos de alta velocidad durante la fase de deslizamiento.
Falla de la Sarta: Fatiga acelerada en las conexiones roscadas, que puede derivar en una "desconexión" (twist-off).
Daño en Herramientas de Fondo: Falla de componentes electrónicos en herramientas MWD/LWD.
Baja Tasa de Penetración (ROP): Debido a que la barrena no está cortando de manera efectiva durante gran parte del ciclo.
5. Estrategias de Mitigación
A. Ajustes Operativos (Acciones del Perforador)
Aumentar las RPM: Incrementar la velocidad de rotación suele ayudar a "romper" el ciclo de fricción estática.
Reducir el WOB: Aliviar el peso sobre la barrena disminuye el torque de fricción inicial.
Mejorar la Lubricación: El uso de aditivos lubricantes en el lodo de perforación reduce el coeficiente de fricción entre el BHA y el pozo.
B. Soluciones Tecnológicas de Superficie
Sistemas de "Soft Torque" (STRS): Es el estándar de la industria (ej. Shell Soft Torque). Consiste en un sistema de control electrónico en el motor del Top Drive que actúa como un amortiguador virtual. Cuando el sistema detecta que el torque aumenta (fase de "stick"), ajusta sutilmente la velocidad para absorber la energía y suavizar la liberación, eliminando las oscilaciones.
C. Soluciones de Fondo (Herramientas Mecánicas)
Herramientas de Impacto Torsional: Dispositivos instalados en el BHA que convierten la energía para mantener una rotación constante.
Uso de Reamers de Rodillos (Roller Reamers): Sustituir estabilizadores fijos por reamers de rodillos reduce drásticamente la fricción lateral.
Optimización del Diseño de la Barrena: Seleccionar barrenas con configuraciones de cortadores diseñadas para minimizar la agresividad excesiva en formaciones específicas.
Resumen Final
La mitigación efectiva del Stick-Slip requiere un enfoque combinado: monitoreo constante de los parámetros de superficie, el uso de tecnologías de control de torque (como Soft Torque) y un diseño de BHA adecuado para las condiciones del pozo. Al controlar estas vibraciones, se maximiza la vida útil de las herramientas y se optimizan los costos operativos del pozo.
MAS INFORMACION
- Drilling Stick Slip Mechanism
- Consequences Of Drilling Stick Slip
- Torsional Vibration Damping System
- Conclusion
