BROCAS DE PERFORACIN

BROCAS DE PERFORACINJOHAN PORRASPilar cadena DEFINICINLa broca de perforacin es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la sarta de perforacin que se utiliza para cortar o triturar la formacin durante el proceso de la perforacin rotatoria.Para realizar la perforacin, las brocas funcionan con base en DOS PRINCIPIOS ESENCIALES: fallar la roca venciendo sus esfuerzos de corte y de compresin.El principio de ataque de la broca se realiza mediante la incrustacin de sus dientes en la formacin y posteriormente en el corte de la roca al desplazarse dentro de ella; o bien, mediante el cizallamiento generado por los cortadores de la broca y que vence la resistencia de la roca.

SELECCIN DE LAS BROCASAntes de seleccionar una nueva broca, se debe consultar al gelogo acerca de las formaciones que se esperan, sus caractersticas litolgicas y espesor estimado.Los bitrecord depozos vecinos,son intiles sinla adecuada correlacin geolgica.Determinar la litologa, el grado IADC de las brocas y el bit grading corridas anteriormente en la seccin a perforar. La compaa que suministra las brocas puede utilizar los registros snico-GR, para calcular la compresibilidad de la broca y optimizar su diseo.

SELECCIN DE LAS BROCASSeleccione unaproteccin alcalibre cuando seanticipala presenciade formaciones abrasivas.La seleccin del grupo de barrenas que ha de utilizarse en la perforacin en determinado sitio depende de los dimetros de la sarta de revestimiento requeridas. Por otro lado, las caractersticas y grado de solidez de los estratos que conforman la columna geolgica en el sitio determinan el tipo de barrena ms adecuado que debe elegirse.TIPOS DE BROCASBrocas Tricnicas

Brocas de cortadores fijos

Brocas especiales

BROCAS TRICNICASLas brocas tricnicas tiene 3 conos los cuales se van interfiriendo y luego limpiando entre s, con filas de cortadores en cada cono.Los conos son principalmente de dos tipos: o bien dientes tallados o de insertos de carburo de tungsteno (Tungsten Carbide Inserts, TCI) y pueden ser de varios tamaos y durezas de acuerdo a las litologas previstas.Cada boquilla est posicionada encima de cada cono, son reemplazables y pueden ser instaladas en varios tamaos, siendo mayor la velocidad del lodo por la boquilla a media que esta es ms pequea.Los tamaos de las boquillas se expresan en treintaidosavos de pulgada.Si no se instala una boquilla, se conoce como boquilla abierta o full open.

COMPONENTES DE LAS BROCAS TRICNICAS

CDIGO IADC PARA BROCAS TRICNICASLas brocas tricnicas son las ms utilizadas en la perforacin petrolera, y para otras aplicaciones como: pozos de agua, minera y geotermia. Cada compaa tiene sus propios diseos con caractersticas especficas. Para evitar confusin entre los diferentes tipos de barrenas equivalentes en relacin con sus distintos fabricantes, la Asociacin Internacional de Contratistas de Perforacin (IADC) ha desarrollado un sistema estandarizado para clasificar las brocas tricnicas.DGITOS DE CDIGO IADC PARA BROCAS TRICNICASEl primer dgito. Identifica el tipo de estructura de corte y tambin y tambin el diseo de la estructura de corte con respecto al tipo de formacin.El segundo dgito. Identifica el grado de dureza de la formacin en la cual se usar la barrena y vara de suave a dura.El tercer dgito Indica el sistema de rodamiento y lubricacin de la barrena

CDIGO IADC PARA BROCAS TRICNICAS

BROCAS TRICNICASEjemplo:BROCACODIGO IADCDESCRIPCIONHughes ATM22517Con dientes TCI para formacin blanda, la mas blanda en el rango, con rodamientos sellados y proteccin de calibre del dimetro.BROCAS TRICNICASRequisitos para la operacinLas formaciones abrasivas y duras requieren fuerza sobre la broca (WOB). El mayor peso obviamente tendr su impacto en los rodamientos, de forma que una rotacin ms lenta deber ser aplicada, con el fin de no desgastar en exceso los rodamientos.Las formaciones ms suaves requieren menor WOB con el fin de lograr una buena penetracin, por lo tanto se puede aplicar un valor mayor de RPM. Demasiado peso puede en efecto quebrar los dientes o insertos ms largos de las brocas usadas en estas formaciones.Generalmente la rata de penetracin (ROP) es mayor cuando se aplica un peso mayor (WOB) y/o unas RPMs ms altas, pero demasiado peso puede resultar en efectos contraproducentes como empacamiento de la broca en formaciones blandas, desgaste en los rodamientos y en rotura de dientes o insertos.BROCAS DE CORTADORES FIJOSSon cuerpos compactos, sin partes mviles, con diamantes naturales o sintticos incrustados parcialmente en su superficie interior y lateral que trituran la formacin por friccin o arrastre.

Las brocas de cortadores fijos se subdividen en:De diamante trmicamente estable (TSP)De diamante naturalCompactas de diamante policristalino (PDC)

De diamante trmicamente estable (TSP)

Se caracteriza por usar pequeos cortes triangulares de forma cbica que se componen enteramente de partculas de diamante sinttico de tamao micromtrico. Son usadas para perforar rocas duras como; caliza dura, basalto y arenas finas duras, entre otras.

De diamante natural

Las brocas de diamante natural tienen un cuerpo fijo cuyo material puede ser de matriz o de acero.Su tipo de corte es de diamante natural incrustado en el cuerpo de la brocas.El uso de estas brocas es limitado en la actualidad, salvo en casos especiales para perforar formaciones muy duras y abrasivas.

Compactas de diamante policristalino (PDC)

Su diseo de cortadores est hecho con diamante sinttico en forma de pastillas (compacto de diamante), montadas en el cuerpo de los cortadores de la barrena, pero a diferencia de las barrenas de diamante natural y las STP, su diseo hidrulico se realiza con sistema de toberas para lodo, al igual que lasbarrenas tricnicas.

Cdigo IADC para barrenas de cortadores fijos

A diferencia de la clasificacin de la IADC para brocas tricnicas, el cdigo IADC para brocas de cortadores fijos PDC no los relaciona con la formacin por perforar. nicamente se pueden identificar sus caractersticas ms elementales La clasificacin se representa mediante un cdigo de cuatro caracteres para clasificar las barrenas, el primero alfabtico y los tres restantes numricos. Sus dgitos se entienden por:Primer carcter (tipo de cuerpo de la barrena) En el primer carcter se muestra el material del que est fabricada la barrena. Con una M si es de matriz o con una S si es de acero.Segundo carcter (dureza de la formacin) El segundo carcter presenta la dureza de la formacin. La dureza va desde el 1 que indica que es una formacin muy blanda, hasta el 7 que indica que es una formacin muy dura. Tercer carcter (tamao y tipo de cortador) Este carcter indica el tipo de cortador y el dimetro de las pastillas de PDC. Esta va desde durezas de formaciones muy blandas a medias. De las durezas de formaciones medias-duras a extremadamente duras ya no es utilizada la pastilla de PDC.Cuarto carcter (perfil de la barrena) Muestra el perfil de la barrena. Se utiliza el 1 para el perfil plano, hasta el 4 que es el de perfil parablico largo

BROCAS ESPECIALESLas brocas especiales pueden ser de dos tipos: ampliadoras o bicntricas y se utilizan para operaciones tales como: la ampliacin del dimetro, ya sea desde la boca del pozo (superficial) o desde una profundidad determinada.

Fuente: Varel Int.EVALUACION DE DESGASTE DE LAS BROCAS

Estructura de corte internaEstructura de corte externaCaracterstica de desgaste principal; Cono roto BC, Erosin ER, Dao por calor HC, entre otros.Ubicacin (donde ocurre la caracterstica del desgaste)Cojinetes/sellos (condicin de los conos)Calibre (dimetro final del calibre)Otra caracterstica del desgaste Razn de sacada (porque finalizo la carrera)

Medida de la altura del dienteBHA Cambio de BHADMF Falla del motor de fondoDTF Falla de herramienta de fondo DSF Falla de la sarta de perforacin DST Prueba de sarta de perforacinLOG Corrida de registroCM Condicin del lodoCP Punto de ncleoDP Tapn FM Cambio de formacin litolgicaHP Problemas en el huecoHR Horas de la brocaPP Presin de bombaPR Rata de penetracinRIG Reparaciones del taladroTD Profundidad total / punto de revestidorTQ TorqueTW Rotura de la sarta de penetracinWC Condiciones climticasWO Lavado de la sarta de perforacinRAZN DE LA SACADA / TERMINACION DE LA CORRIDAEVALUACIN DE LAS BROCASLa calibracin en las brocas, se realiza para medir el desgaste que han tenido en el transcurso de las horas de trabajo. El calibrador que se utiliza para las barrenas tricnicas es una regla en forma triangular que mide el desgaste de los conos. En el caso que no se cuente con un calibrador de fbrica, se utiliza una lmina de acero en forma de anillo, con agarradera y una regla. El anillo deber tener el dimetro de la barrena que se va a usar. Este anillo se utiliza para calibrar las barrenas de diamante policristalino y las tricnicas.Cuando la broca es nueva el anillo deber entrar ajustado. Cuando la barrena sale del pozo, se vuele a medir indicando indicando desgaste cuando tenga juego el anillo calibrador, procediendo a medir con la regla para determinar el porcentaje de desgaste que tuvo la barrena. La calibracin de la barrena es de mucha utilidad para saber el desgaste en el dimetro de la misma, y as al meter la barrena nueva se evitar un acuamiento de la sarta por reduccin del agujero. La clasificacin y evaluacin subsecuentes del grado y tipo de desgaste de una barrena usada, desempea un papel muy importante en el proceso de perforacinDESGASTE PARA BROCAS DE DIENTES DE ACEROA continuacin se explican los cdigos de desgaste ms usados y aceptados en el campo de la perforacin. T0= Diente nuevo T1= Desgaste de 1/8 de la altura original del diente. T2= Desgaste de 1/4 de la altura original del diente. T3= Desgaste de 3/8 de la altura original del diente. T4= Desgaste de 1/2 de la altura original del diente. T5= Desgaste de 5/8 de la altura original del diente. T6= Desgaste de 3/4 de la altura original del diente. T7= Desgaste de 7/8 de la altura original del diente. T8= Desgaste total del dienteDESGASTE DE BALEROSEl desgaste de baleros debe considerarse tambin segn la escala de octavos. Para balero nuevo B0 y balero desgastado 100% B8. Cuando los baleros se atraviesan en la superficie de rodamiento y traban el cono, se considera B6. Cuando uno o varios rodillos se han quedado fuera del cono se considera B8. B0= Vida del balero desgastado 0. B1= Vida del balero desgatado 1/8. B2= Vida del balero desgatado 1/4 (todava ajustados). B3= Vida del balero desgatado 3/8. B4= Vida del balero desgatado 1/2 (algo flojos). B5= Vida del balero desgatado 5/8. B6= Vida del balero desgatado 3/4 (muy flojos), trabados. B7= Vida del balero desgatado 7/8. B8= Vida del balero gastado (tableros perdidos y/o conos trabados)EJEMPLO:

T2-B4 Di : Dientes desgatados , media vida de baleros, algo flojos, sin desgaste en el calibre. T6-B6-1/2: Dientes desgastados , balero muy flojo y dimetro reducido pulgadaT6-B6-1/2: Dientes desgastados , balero muy flojo y dimetro reducido pulgada.

CONO AGRIETADO

Broca emboladaLA OPERACIN DE LAS BROCAS SE DEFINE POR TRES PARMETROS

Peso sobre barrena. Velocidad de rotacin (rotaria). Hidrulica de perforacin.PESO SOBRE BARRENA (PSB). Es la carga aplicada a la barrena por medio de los las otras barrenas (D.C.) para que sta efecte la penetracin de las capas rocosas del subsuelo, llamadas tambin formaciones. La penetracin se logra cuando la carga aplicada sobre la barrena supera la resistencia de compresin de la formacin en contacto con los dientes de la barrena. La respuesta de la formacin en relacin con el peso sobre la barrena se puede medir a travs de la velocidad de penetracin. Y cuando no hay avance en la velocidad de penetracin; puede ser por porque la barrena se est atascando (embolando) por exceso de recortes, perforar formacin ms dura o se acab la vida til de la barrenaVELOCIDAD DE ROTACIN (RPM). Se le llama generalmente rotaria y consiste en la cantidad de vueltas por minuto que la mesa rotaria transmite a la sarta de perforacin y sta, a su vez, a la barrena. La velocidad de perforacin es directamente proporcional a la velocidad de rotacin (RPM) en formaciones blandas (suaves). En formaciones duras, el incremento de la velocidad de rotacin disminuye as como la velocidad de penetracin, en ciertos rangos. Con todo lo anterior se explica el porqu en formaciones suaves es ms importante la velocidad de rotacin (RPM) que el peso sobre la barrena (PSB); al contrario en las formaciones duras.Las tablas siguientes presentan algunos rangos de variacin de estos parmetros PSB y RPM que se han utilizado en algunos campos de perforacin en Mxico.