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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

La Broca Ideal Brocas de arrastreTipo Cola de Pescado Diamante Natural Compacto de diamante Policristalino (PDC)

Brocas de Perforacion Brocas de Arrastre1

Costo Relativo de Brocas2

Brocas de perforacion Rotatoria

Leer:Applied, Ch.5 (bits)

El proposito de esta clase es introducir al estudiante en: seleccion y operacion de brocas de perforacion rotatorias.3 4

Brocas de perforacion RotatoriaTipos de brocas disponibles Criterios para seleccionar la mejor broca para cada situacion Metodos estandares para evaluar el desgaste de las brocas Factores que afectan el desgaste de las brocas y la velocidad de perforacion Optimizacion del WOB y RPM de la broca5

Tipos de broca disponiblesBrocas de arrastre (cuchillas cortadoras fijas)Cola de pescado Brocas de diamante natural Brocas PDC (Polycrystalline Diamond Compact)

Brocas triconicasBrocas de dientes Brocas de insertos de carburo de Tungsteno

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La Broca Ideal *1. Alta tasa de penetracion (ROP) 2. Larga duracion 3. Perforar full calibre, hueco derecho 4. Costo moderado* (Bajo costo por pie perforado $/ft)

La broca IdealLa broca ideal va a depender del tipo de formacion que se desee perforarDureza (suave, media, dura) abrasividad embolamiento de cortadores otras consideraciones e.g. costo

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Broca de arrastreBrocas de arrastre perfora por cizallamiento cortando en el fondo del pozo

Broca de arrastreLos cortadores pueden ser de: Acero Carburo de Tungsteno Diamante Natural Diamante Policristalino (PDC)Las brocas de arrastre no tienen partes movibles, por lo que es menos probable de dejar restos de broca dentro del pozo

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Broca de arrastre tipo cola de pescado

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Brocas Diamante natural

Brocas PDC

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Broca de diamante natural >25Mpsi

Broca de diamante para formacion suave

Flujo radial por canales alto p a traves de la cara13

Diamantes grandes Pocos diamantes Nariz puntiaguda

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Broca de diamante para formacion dura

Diamante Natural

La medida y espaciamiento de los diamantes en una broca determinan su aplicacion NOTA: Un kilate = 200 mg Que es 14 kilates de oro?15 16

diamantes pequeos mas diamantes nariz plana

piedra preciosa

Diamante natural2-5 kilates diamantes ampliamenteespaciados son usados en formaciones suaves tales como arenas y arcillas suaves

Cuando considerar el uso de una broca de diamante natural?1. La tasa de penetracion de las brocas triconicas < 10 ft/hr. 2. Diametro de hueco < 6 3. Cuando es importante mantener la broca y tuberia dentro del pozo 4. Cuando el mal tiempo impide hacer viajes. 5. Cuando comienza el desvio de un pozo (sidetrack). 6. Cuando saca testigo (core).18

1/4 - 1 kilates diamantes son usados paraperforar formaciones de arena, arcilla y limolita de variada dureza (intermedia)

1/8 - 1/4 kilates - diamante, minimoespaciamiento, son usadas en formaciones duras y abrasivas.17

Vista de Tope de una broca de diamante

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Vista lateral de una broca de diamante

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Brocas PDC

Cortador PDC

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Cortadores

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Protector de calibrePDC Bits

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At about $10,000-150,000 apiece, PDC bits cost five to 15 times more 26 than roller cone bits

Broca de coreo

PDC + diamante naturalThe Rise in Diamond Bit Market Share27 28

Broca bicentrica

Costo relativo de las brocas

$/BitDiamante Broca Insertos Broca Dientes Broca

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Broca de diamantes tipicamente cuesta varias veces como el costo de una triconica de insertos Una broca de insertos puede costar varias veces como el costo de una broca de dientes 30

Brocas PDCIncrementa la velocidad de penetracion Reduce el tiempo y costo de perforacion Costo 5-15 veces mas que la broca triconica 1.5 veces mas rapido que 2 aos anteriores Trabaja mejor en lodo base aceite

Brocas PDC

Los parametros importantes para un uso efectivo son peso sobre la broca presion de lodo caudal velocidad de rotacion32

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Brocas PDCEcomomia Costo por pie perforado mide el comportamiento economico de la broca El costo de la broca varia 2% - 3% el costo total,pero la broca afecta el 75% del costo total del proyecto. Las ventajas son: - Reduce el numero de viajes, y - incrementa la tasa de penetracion

Brocas PDCDemanda de brocasUSA vende > 4,000 bocas diamante / ao En mercado de brocas mueve $200 million/year El mercado es grande y estable Cuando mejora el diseo de las brocas, estas perforan mas.33 34

Brocas PDC Demanda de brocas, contMejoras en las estabilidad, hidraulica y diseo de cortadores entonces incrementa los pies perforados Estas brocas pueden perforar rocas duras y blandas En USA las brocas PDC no son tan compatibles como en otras areas.35

Brocas PDC En el ao 2000:Las brocas PDC tienen el control de 1/3 del mercado de perforacion mundial.

El mercado de PDC viene creciendo a $400 million per year Brocas de USA distribuyen los 2/3 del mercado36

Brocas PDCDiseo de brocasGeneral Electric introdujo el PDC en 1973

Brocas PDCDiseo de brocas, cont..Ahora, una herramienta especial Diametros de las brocas varian desde 3.5 a 17.5 in

Las mejoras son el resultado deInvestigacion Buenas practicas de Ingenieria Competencia con otros fabricantes de PDC en la industria37

Objetivos de la hidraulica:limpiar la broca sin erosionarla limpiar los recortes del fondo del pozo38

Brocas PDCDiseo de brocas Factores que limitan los rangos operativos y :Vida reducida cuando los cortadores se fracturan ROP bajos cuando la limpieza es mala39

Brocas PDCCortadores Consiste en una delgada capa de particulas de diamante pegadas y compactadas + una capa gruesa de carburo de tugnsteno. Diamante 10x duro que el acero 2x duro que el carburo de tungsteno Matriz es mas resistente pero es quebradizo y susceptible al dao40

Brocas PDCCortadores, cont Interface Diamante / Tungsteno Adherencia entre las dos capas en el cortador es critico Se consideran las diferencias del coeficiente termico y evita el sobrecalentamiento Hecho de varias formas geometricas para reducir los esfuerzos en el diamante

Brocas PDC4 Cortadores, cont.. Varias medidas Forma de domo Redondo con un filo reforzado para altos cargas de impacto Pulido con coeficiente de friccion bajo

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Brocas PDCVibracion de brocas Vibracion de broca = una desviacion de la rotacion de la broca del centro geometrico de la broca Causado por fuerzas de interaccion entre el cortador y la roca. Tecnologia de las brocas considera la vibracion

Brocas PDCPreviniendo la vibracion de las brocas Fuerza del cortador balanceada Broca asimetrica diseo del calibre Perfil de la broca Configuracion del cortador

Puede causar que los cortadores se quiebren43 44

Brocas PDCAplicaciones Las brocas PDC son usadas Pozos profundos y caros Formaciones Suave Media45

Brocas PDC4 Aplicaciones cont Avances en metalurgia, hidraulica y geometria de cortadores No influye sobre el costo de la broca Permite a la broca perforar mas y en forma efectiva Permite a la broca atravezar formaciones duras46

Brocas PDCAplicacion, cont Ventajas de PDC para altas velocidades rotacionales y secciones desviadas de hueco. Mas efectiva: formaciones muy debiles y quebradizas (arenas, arcillas limosas lutitas) Menos efectiva: arenas abrasivas cementadas, granito47

Graduacion del desgaste de las brocas PDC

CT - Chipped CutterLess than 1/3 of cutting element is gone

BT - Broken CutterMore than 1/3 of cutting element is broken to the substrate48

Graduacion del desgaste de las brocas PDC

Table Combinaciones comunes brocas - casingCasing Size (OD in.) 4 1/2 5 5 1/2 6 6 5/8 1/2 7 7 5/8 8 5/8 9 5/8 10 3/4 13 3/8 16 20 Coupling Size Common Bit (OD in.) Sizes Used (in.) 5.0 6, 6 1/8, 6 1/4 5.563 6 1/2, 6 3/4 6.050 7 7/8, 8 3/8 6.625 7 7/8, 8 3/8, 8 1/2 7.390 8 1/2, 8 5/8, 8 3/4 8 , 8 5/8, 8 3/4, 9 7.656 8.500 9 7/8, 10 5/8, 11 9.625 11, 12 1/4 10.625 12 1/4, 14 3/4 11.750 15 14.375 17 1/2 17 20 50 21 24, 26

LT - Lost CutterBit is missing one or more cutters

LN - Lost NozzleBit is missing one or more nozzles49