Las vibraciones en la sarta de perforación pueden afectar significativamente el rendimiento de las operaciones de perforación de petróleo y gas. Pueden provocar un desgaste prematuro de los equipos, resultando en fatiga y fallas inducidas en la sarta, como lavados (washouts) en la tubería de perforación. Además, disminuyen la energía de perforación que se transmite a la barrena (broca).
Resumen del Problema
Las vibraciones causan fatiga cíclica en la tubería de perforación (drill pipe), portamechas (drill collars), sarta o ensamblajes de fondo (BHA), lo que puede derivar en problemas de torsión (twist-offs) y las consecuentes operaciones de pesca. También pueden provocar el ensanchamiento del pozo.
Sin embargo, es posible mitigar su efecto. Si la frecuencia natural de la sarta de perforación coincide con la frecuencia de vibración, puede ocurrir resonancia, generando vibraciones severas.
Modos de Vibración
Idealmente, existen tres modos de vibración, aunque a menudo están acoplados (se afectan entre sí):
1. Vibraciones Axiales (Movimiento Vertical)
Ocurren a lo largo del eje de la sarta. El fenómeno más conocido es el Bit Bounce (rebote de la barrena).
Causas: Interacción de la barrena con la formación, especialmente con barrenas tricónicas en formaciones duras.
Consecuencias:
Desgaste acelerado de la barrena (dientes rotos o astillados, fallas en cojinetes).
Daños en los sellos de los componentes del BHA.
Daños en equipos superficiales (bloque viajero, mangueras de lodo).
Solución: Cambiar las RPM o el peso sobre la barrena (WOB) para salir de la frecuencia de resonancia. El uso de un Shock Sub (amortiguador) ayuda a absorber estas cargas.
2. Vibraciones Torsionales (Movimiento de Rotación)
Son vibraciones autoexcitadas que ocurren sin una fuerza externa periódica. El fenómeno principal es el Stick-Slip.
Stick-Slip: Durante la fase de "stick" (pegado), la barrena deja de rotar momentáneamente mientras la sarta acumula torque. En la fase de "slip" (deslizamiento), la barrena se libera y acelera a velocidades muy superiores a las de la superficie.
Consecuencias:
Fallas por torsión (twist-off).
Daños severos en los cortadores de las barrenas PDC.
Desgaste excesivo de las conexiones de la tubería.
Solución: Aumentar las RPM y reducir el WOB. El uso de sistemas de control de torque en superficie (como el Soft Torque) es altamente efectivo.
3. Vibraciones Laterales (Movimiento Transversal)
Son las más destructivas y difíciles de detectar desde la superficie. El fenómeno más crítico es el Bit Whirl (torbellino de la barrena).
Causas: Ocurren cuando la barrena o el BHA rotan fuera de su centro. Perforar con motores de lodo con codos desviados (bent subs) también las provoca.
Consecuencias:
Reducción drástica de la velocidad de penetración (ROP).
Daños centrífugos en los componentes del BHA.
Ensanchamiento del pozo (overgauge hole).
Solución/Manejo: Si se sospecha de vibración lateral, se debe detener la rotación, levantar la barrena del fondo y reiniciar la perforación. Se recomienda correr con un WOB más bajo y ajustar las RPM.
Cómo Mitigar las Vibraciones (Mejores Prácticas)
Optimización de Parámetros: Realizar pruebas de drill-off para identificar el WOB y las RPM óptimas que maximicen la ROP sin generar vibraciones.
Diseño de la Sarta (BHA): Utilizar estabilizadores colocados estratégicamente para mantener la sarta centrada y rígida. Los estabilizadores reducen el movimiento lateral y el bamboleo de la barrena.
Uso de Herramientas Especiales:
Shock Subs: Para vibraciones axiales.
Sistemas de Soft Torque: Para vibraciones torsionales.
Herramientas de Monitoreo Downhole: Sensores que miden vibraciones en tiempo real y envían los datos a la superficie (MWD).
Control del Lodo: Mantener las propiedades del fluido de perforación (especialmente la lubricidad) ayuda a reducir la fricción, que es un detonante común del stick-slip.
Conclusión Técnica
La clave para manejar las vibraciones es la detección temprana. Mientras que las vibraciones axiales y torsionales suelen manifestarse en superficie (vibraciones en la mesa rotaria o fluctuaciones de torque), las laterales son "silenciosas" y requieren de sensores de fondo o una interpretación aguda de la caída en el rendimiento de perforación. Ajustar los parámetros de operación (WOB/RPM) es siempre la primera línea de defensa.
.INFORMACION COMPLETA (Drilling Manual)
- The Consequences Of Drilling Vibrations
- The Root Cause of the Drilling Vibrations
- Axial Drill String Vibrations
- Torsional Drill String Vibration
- Lateral Vibrations
- Coupling Of Drill String Vibration
