Brocas de Perforación

Brocas de Perforacin

DefinicinLas brocas de perforacin son 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 barrena 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 brocas Antes de seleccionar una nueva broca, consulte al gelogo acerca de las formaciones que se esperan, sus caractersticas litolgicas y espesor estimado. Los bit record de pozos vecinos, son intiles sin la adecuada correlacin geolgica. Determine la litologa y el grado IADC de las brocas (bit grading) corridas anteriormente en la seccin a perforar. La compaa que suministra las brocas puede utilizar los registros sonico-GR, para calcular la compresibilidad de la broca y optimizar el diseo. Seleccione una proteccin al calibre cuando se anticipa la presencia de formaciones abrasivas.

Seleccin de las brocas Establecer el requerimiento de direccionabilidad (steerable). El ingeniero direccional optimiza el conjunto Broca / motor / MWD.

Tipos de brocasLos tipos de brocas de perforacin ms utilizados para la perforacin de pozos petroleros, as como el empleo de brocas para operaciones especiales, se clasifican genricamente de la siguiente manera: Brocas tricnicas Brocas de cortadores fijos Brocas especiales

Brocas Tricnicas Las 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.

Serie Tipo de estructura de corte

1 2 3

Suave Media Dura

Diente tallado

4 5 6 7 8

Muy suave Suave Media Dura Muy dura

Cincel Cnica

Inserto Carburo Tungsteno

Tipo 1-4 Grado de dureza de la estructura de corte

1 Ms suave 4 Ms duro

n c ac fi s a C i i l

Opcin de diseo Diseo de rodamiento y proteccin de calibrador

1 2 3 4 5 6 7

Producto estndar Perforacin con aire Calibre del dimetro protegido Rodamiento sellado Calibrador protegido y rodamiento sellado Rodamiento de buje sellado por friccin Rodamiento de buje sellado por friccin, calibre del dimetro protegido

Brocas TricnicasPor ejemplo:

Broca Hughes ATM22

Cdigo IADC 517

Descripcin Con dientes TCI para formacin blanda, la ms blanda en el rango, con rodamientos sellados y proteccin de calibre del dimetro Con dientes blandos tallados, para formacin medianamente dura dentro del rango de la broca, con rodamientos sellados por friccin y proteccin de calibre del dimetro

Reed MHP13G

137

Brocas TricnicasThe 4th Character IADC code

ManufacturerSecurity / DBSA Standard ** J4 D* E G*, M*, D, SS* Hx*, SS*, MM* JD L SS*, MM*, M* 2* D CF C* A P* MAX* TC* D T* M*, D, G JX JK M* JD JL M*

Feature and 4th Character A B C D E G H J L M S T w X Y ZAirapplication(journal bearing with air nozzles) Specialbearingbit Centrejet Deviationcontrol Extendedjets(fulllength) Extragauge/bodyprotection Horizontal/SteeringApplication Jetdeflection Lugpads Motorapplication Standardsteeltoothmodel Twocone Enhancedcuttingstructure Predominantlychiseltoothedinserts Predominantlyconicalinserts Othershapedinserts

HughesA ATM* C*

Reed

SmithA

JC

C A1 E G, L, D, OD M* BH* L M* A1 D

Brocas TricnicasTipos de rodamiento: Sin sello: Estn llenos con grasa y expuestos. Su vida por lo tanto es corta pues los rodamientos estn expuestos a la fatiga del metal y a la abrasin por slidos. Sellados y autolubricados: An existe fatiga del metal, pero la abrasin por slidos se ha eliminado mientras el sello permanezca. Bujes sellados: Estos tienen una vida ms larga, pero puede haber desgaste ocasionado por las superficies de metal rozando en la parte inferior de los bujes.

Brocas TricnicasDientes: Formaciones blandas: Los dientes escogidos normalmente sern largos, delgados y ampliamente espaciados. Los dientes entre ms largos logran mayor penetracin en la formacin blanda. El amplio espaciamiento entre dientes impide el empacamiento de la formacin blanda entre los dientes. La accin de corte se produce por tallado y raspado y los cortes producidos sern grandes y angulosos. Formaciones de mediana dureza: Se usan dientes ms cortos. Un amplio espaciamiento permite una eficiente limpieza, aunque el empacamiento no es una consideracin tan importante como en las formaciones blandas.

Brocas TricnicasDientes: Formaciones duras: Se usan dientes cortos y an ms anchos, los cuales producen un efecto de aplastamiento y fragmentacin ms que de arranque y deformacin en la roca. No se requiere espaciamiento entre los dientes ya que los cortos producidos sern ms pequeos, en mayor concentracin o volumen. Las ratas de perforacin sern menores. Formaciones ms duras: An ms pocos y ms pequeos dientes facilitan que los rodamientos pedan ser ms grandes y resistentes y as puedan soportar las grandes fuerzas necesarias para lograr el fallado fsico de la formacin.

Brocas TricnicasRequisitos para la operacin: Las 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.

Brocas TricnicasRequisitos para la operacin: 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 Tricnicas

Estructura de corte convencional

Brocas Policristalinas y de Diamante Estas brocas tienen una larga vida pues sus cortadores son muy duros y no hay rodamientos ni partes mviles. Los diamantes industriales de origen natural empleados son colocados manualmente en diseos geomtricos que cubren el fondo de la broca, en forma redundante que permita el funcionamiento de la misma si hay rotura de alguno de ellos. En las brocas PDC, los diamantes policristalinos son montados en una matriz de carburo de tungsteno. Los diamantes realizan la perforacin, o el corte, mientras el carburo de tungsteno los sostiene proveyndoles de resistencia y rigidez. Los cortadores de diamante comienzan su trabajo afilados y se desgastan mantenindose afilados, mientras que la mayora de cortadores se desgasta con el uso. Esto y su vida ms larga hacen extremadamente efectivas en costo para perforaciones profundas y en formaciones duras y abrasivas.

Brocas Policristalinas y de Diamante Dado que no tienen partes mviles, son econmicas y permiten altos regmenes de rotacin (RPM), (mayores que los permitidos para brocas con rodamientos) producidos con motores de fondo. Tienen una larga vida, aunque las ratas de penetracin (ROP) son generalmente menores. La distancia perforada tendr que ser mayor para justificar el alto costo que implican estas brocas. La accin cortante de los diamantes es del tipo de fallamiento o pulverizacin, lo cual produce cortes que son mucho ms finos que los producidos por una broca tricnica.

Brocas Policristalinas y de Diamante Las brocas de diamante tienen diferentes requerimientos operacionales que las brocas tricnicas. Generalmente tienen un dimetro ligeramente menor que el tamao del hueco para reducir desgaste durante los viajes para adentro y para fuera del pozo. El rendimiento ptimo se logra con bajos WOB y la ms alta RPM posible, y con altas velocidades de lodo alrededor de las superficies cortantes de la broca.

Brocas Policristalinas y de DiamantePin

Feed Bore BitBlank SoftPowderTC GaugePath

HardPowder-TC Impreg Mix CrowFoot

BitCrown

Brocas Policristalinas y de Diamante

Coronas (Core Heads)Las coronas tienen dos funciones: perforar el pozo y formar el ncleo. Por lo tanto adicionalmente a las consideraciones de diseo de la estructura de corte general comunes para brocas de perforacin deben tenerse en cuenta tambin la calidad del ncleo, especficamente, evitar los disturbios mecnicos y la invasin de fluidos. Las caractersticas de las coronas son: Aletas + estructura de corte rea de desalojamiento de recortes (junk slots) + puertos Dimetro exterior/pads gage Dimetro interno/ Calibre interno

Coronas (Core Heads)Partes de la seccin superior: Shank: Rosca Estandard (STD), Rosca Heavy Duty (HDT) Conexin Caja (Box up) Ranuras del cuadro de apriete (Breaker slot) Principales objetivos de desempeo: Recuperacin (objetivo=100 %) Calidad del Ncleo: Dimetro y forma, formaciones no problemticas (fracturada, permeable, atascamientos), preservacin de los fluidos de la formacin de invasin de lodo. Criterios Secundarios: Total de metros perforados, velocidad de penetracin (ROP)

Coronas (Core Heads)

C

Barriles interiores en fibra de vidrio

Junta de seguridad ajustable

Barriles interiores de aluminio acanalados

H e a d s )

( C o r e

o r o n a s

Evaluacin de desgaste IADCEstructura de corte Interna Externa 1 2 1 2 Caracterst. Ubicacin 3 4 Cojinetes/ Sellos 5 Calibre 6 Otra Caract. 7 Razn de Sacar 8

Estructura de corte interna (Todas las hileras internas) Estructura de corte externa (Hileras del calibre solamente)

3 Caracterstica de desgaste principal (Use cdigos de estructura de corte) 4 5 6 Ubicacin (Dnde ocurre la caracterstica de desgaste) Cojinetes /Sellos (Condicin de los conos) Calibre (Dimetro final del calibre)

7 Otra caracterstica de desgaste (No limitado a estructura de corte) 8 Razn de la sacada (Porqu finaliz la carrera)

Estructura de corte InternaExterna Caracterst.Ubicacin InternaExterna

Cojinete/ Sellos

Calibre

Otra Caract.

Razn de Sacar

1

2

3

4

5

6

7

8

Medida de la altura del diente 1 Estructura de corte interna (Todas las hileras internas) 2 Estructura de corte externa (Hileras del calibre)

Estructura de corte InternaExterna Caracterst.Ubicacin InternaExterna

Cojinete/ Sellos

Calibre

Otra Caract.

Razn de Sacar

1

2

3

4

5

6

7

8

En brocas de insertos: Por desgaste Prdida de insertos Rotura de insertos

Estructura de corte Caracterst. Ubicacin Interna Externa Caracterst.

Cojinete/ Sellos

Calibre

Otra Caract.

Razn de Sacar

1

2

3

4

5

6

7

8

3 Caractersticas de desgastecorte)*BC - Cono Roto

(Use solamente cdigos estructura deRG - Calibre Redondeado SD - Dao del Faldn SS - Desgaste Autoafilado TR - Seguimiento WO - Broca Lavada

FC - Desgaste Plano HC - Dao por Calor

BT - Dientes/Cortadores Rotos JD - Dao por Chatarra BU - Broca Embolada *LC - Cono Perdido *CC - Cono Agrietado *CD - Cono Arrastrado CI - Interferencia de Conos CR - Coronado CT - Dientes/Cortadores Astillados ER - Erosin * Mostrar el # del cono en la ubicacin (4) LN - Boquilla Perdida LT - Dientes/Cortadores Perdidos

WT - Dientes/Cortadores Gastados OC - Desgaste Excntrico NO - Sin Caracterstica PB - Broca Contrada de PN - Boquilla Taponada Desgaste

Estructura de corte Interna Externa Caracterst.Ubicacion Ubicacin

Cojinete/ Sellos

Calibre

Otra Caract.

Razn de Sacar

1

2

3

4

5

6

7

8

4

UbicacinN - Hilera de la Nariz M - Hilera del Medio G - Hilera del Calibre A - Todas las Hileras Cono # 1 2 3

Estructura de corte Interna Externa Caracterst.Ubicacin

Cojinete/ Sellos

Calibre

Otra Caract.

Razn de Sacar

1

2

3

4

5

6

7

8

5 Cojinetes/SellosCojinete No-Sellado 0 = Sin Uso 8 = Toda la vida usada Cojinete Sellado E = Sellos Efectivos F = Sellos Fallados

N = No se puede evaluar X = Broca de cortadores fijos


Cojinete/ Sellos

Calibre

Otra Caract.

Razn de Sacar

1

2

3

4

5

6

7

8

6 Calibre (Medido en fracciones de pulgada)I = En Calibre 2/16 = 1/8 Bajo Calibre 4/16 = 1/4 Bajo

1/16 = 1/16 Bajo Calibre Calibre

La medida en Tricnicas se debe multiplicar por 2/3


Cojinete/ Sellos

Calibre

Otra Caract.

Razn de Sacar

1

2

3

4

5

6

7

8

7 Otra caracterstica de desgaste*BC - Cono Roto BT - Dientes/Cortadores Rotos BU - Broca Embolada *CC - Cono Agrietado *CD - Cono Arrastrado CI - Interferencia de Conos CR - Coronado CT - Dientes/Cortadores Astillados ER - Erosin FC - Desgaste Plano HC - Dao por Calor JD - Dao por Chatarra *LC - Cono Perdido LN - Boquilla Perdida LT - Dientes/Cortadores Perdidos RG - Calibre Redondeado SD - Dao del Faldn SS - Desgaste Autoafilado TR - Seguimiento WO - Broca Lavada

WT - Dientes/Cortadores Gastados OC - Desgaste Excntrico NO - Sin Caracterstica PB - Broca Contrada de PN - Boquilla Taponada Desgaste

* Mostrar el # del cono en la ubicacin (4)


Cojinete/ Sellos

Calibre

Otra Caract.

Razn de Sacar

1

2

3

4

5

6

7

8

8 Razn de la sacada / terminacin de la corridaBHA - Cambio de BHA DMF - Falla del motor de fondo DTF - Falla de herramienta de fondo (MWD, etc) DSF - Falla de la sarta de perforacin DST - Prueba de sarta de perforacin LOG - Corrida de registro LIH - Perdida en el hueco CM - Condicin del lodo CP - Punto de ncleo DP - Tapn FM - Cambio de formacin litolgica HP - Problemas en el hueco HR - Horas de la broca PP - Presin de bomba PR - Rata de penetracin RIG - Reparaciones del taladro TD - Profundidad total / Punto de revestidor TQ - Torque TW - Rotura de la sarta de perforacin WC - Condiciones climticas WO - Lavado de la sarta de perforacin

BROKEN CONE

Broken Cone (BC) Cono Roto Interferencia de conos Se dej caer la broca La broca golpe un borde durante un viaje o conexin Fragilidad por H2S

BROKEN TEETH

BROKEN TEETH

BROKEN TEETH

Broken Teeth (BT) Dientes/Insertos Rotos Broca corrida sobre chatarra Broca golpeada o se dej caer Excesivo WOB (hileras internas) Excesivas RPM (hileras externas) Inapropiado asentamiento Formacin muy dura

BALLED UP

BALLED UP

Balled Up (BU) Broca Embolada Pobre hidrulica Propiedades del lodo Forzar la broca contra la formacin con las bombas apagadas Formacin pegajosa y/o plstica

CRACKED CONE

Cracked Cone (CC) Cono Agrietado La broca corri sobre basura La broca fue golpeada contra un saliente Se dej caer la broca Recalentamiento de la broca Reduccin del grosor de la carcaza del cono debido a erosin Fragilidad por H2S

CONE DRAGGED

Cone Dragged (CD) Cono Arrastrado Falla de cojinete Conos trabados por chatarra Broca fue forzada en un hoyo de menor tamao Embolamiento Asentamiento inapropiado

CONE INTERFERENCE

CONE INTERFERENCE

Cone Interference (CI) Interferencia de Conos Repaso de un hoyo bajo calibre con excesivo peso Forzar la broca en un hoyo de menor dimetro Falla de cojinete

CORED BIT

CORED BIT

Cored (CR) Broca Coronada Abrasividad de la formacin desgasta la estructura de corte en las narices de los conos Asentamiento inapropiado Erosin en la nariz del cono Chatarra que rompa los insertos de la nariz

CHIPPED TEETH

CHIPPED TEETH

Chipped Teeth (CT) Dientes/Insertos Astillados Vibracin de la sarta Impacto Interferencia de conos Broca muy agresiva para la formacin

EROSION

EROSION

Erosin (ER) Contacto de una formacin abrasiva con la carcaza del cono (tracking, excesivo WOB) Retrituracin de ripios debido a pobre hidrulica Excesivos regmenes de flujo Lodos abrasivos o pobre control de slidos

FLAT CRESTED WEAR

Flat Crested Wear (FC) Desgaste Plano Bajo peso sobre la broca y altas revoluciones por minuto para control de desviacin, por ejemplo.

HEAT CHEACKING

Heat Checking (HC) Dao por Calor Los conos han sido arrastrados Repasos de hoyos ligeramente reducidos a altas RPM Altas RPM en formaciones abrasivas

JUNK DAMAGE

Junk Damage (JD) Dao por Chatarra Chatarra cada desde superficie Chatarra cada del ensamblaje de fondo Chatarra dejada por una broca corrida anteriormente Chatarra de la misma broca

LOST CONE

Lost Cone (LC) Cono Perdido La broca se dej caer dentro del hoyo durante una conexin o un viaje Falla de cojinete (sistema de retencin) Fragilidad por H2S

LOST NOZZLE

Lost Nozzle (LN) Boquilla Perdida Instalacin inadecuada de la boquilla Boquilla inapropiada Erosin de la boquilla y/o su sistema de retencin

LOST TEETH

LOST TEETH

Lost Teeth (LT) Inserto Perdido Erosin de la carcaza del cono Agrietamiento de la carcaza del cono Fractura producida por H2S

OFF CENTER

Off Center Wear (OC) Desgaste Excntrico Cambio de una formacin quebradiza a plstica Inadecuada estabilizacin Peso sobre la broca inadecuado Presin hidrosttica excede la presin de formacin

Pinched Bit (PB) Broca Contrada La broca es forzada en un hoyo reducido Broca tricnica que es forzada en hoyo previamente perforado por una broca de cortadores fijos Forzar la broca a travs de un revestidor con un drift no apropiado menor a su dimetro Broca forzada dentro un bit-breaker inapropiado

PLUGGED NOZZLE

PLUGGED NOZZLE

Plugged Nozzle (PN) Boquilla Taponada Material anti-prdida Basura en los tanques de lodo Basura proveniente de un motor de fondo y/o MWD Sellos de las bombas

ROUNDED GAGE

Rounded Gage (RG) Calibre Redondeado Perforar una formacin abrasiva con demasiadas RPM Repaso de un hoyo reducido Broca con demasiado offset

SHIRTTAIL DAMAGE

SHIRTTAIL DAMAGE

Shirttail Damage (SD) Dao del Faldn Basura en el hoyo Broca Pinched Hidrulica pobre Huecos muy desviados

SELF SHARPENING

Self Sharpening (SS) Auto afilado Ocurre cuando el diente se desgasta de una manera tal que mantiene una cresta filosa

TRACKING

Tracking (TR) Seguimiento Cambio de una formacin quebradiza a otra plstica La presin hidrosttica excede la presin de formacin La broca es muy liviana para el tipo de formacin que se perfora

WASH OUT

Washed Out Bit (WO) Broca Lavada Porosidad en las uniones soldadas de la broca Grietas debido a impacto Grietas debido a H2S

WORN TEETH

WORN TEETH

Worn Teeth (WT) Diente/Inserto Desgastado Caracterstica normal de desgaste

Ejemplos de la evaluacin de desgaste IADC

Puntos claves al momento de evaluar una broca Saber cmo luce una broca nueva, para comparar Condiciones de desgaste normales para la aplicacin Tener clara la secuencia de los eventos Pintarse una imagen mental COHERENCIA en la evaluacin

Prueba de perforabilidad (Drill Off Test) Establezca la rata de flujo recomendada para tamao del hueco. Establezca rotacin (mantener fijas las revoluciones por minuto). Lentamente incrementar el peso sobre la broca hasta el mximo recomendado por el fabricante, el limitante de torque en el BHA o la rotaria. Mantener la velocidad de la rotaria constante (RPM). Registrar la rata de penetracin instantnea para incrementos de 2000 lbs de peso (WOB).

Prueba de perforabilidad (Drill Off Test) Graficar la rata de penetracin instantnea contra el peso sobre la broca, identificando: El mximo peso efectivo, el rango de peso (WOB) en el cual se observa respuesta en la rata de penetracin y el rango de peso donde no se aprecian cambios en la ROP. Seleccionar la menor RPM que optimice la rata de penetracin cuando se perforen formaciones duras y abrasivas.

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Brocas de Perforación