Informe De Brocas De Perforacion Rotativas.docx

1-12-2015

BROCAS Perforadoras Rotativas PARTE Nº 3

Contenido 1.

Definición .............................................................................................................................. 2 1.1

1.1.1

Brocas Triconicas .................................................................................................. 2

1.1.2

Brocas Diamantadas (Corona de Diamante)........................................................ 2

1.2

2.

Principio de Perforación en Brocas Triconicas ..................................................... 3

1.2.2

Principio de Perforación en Brocas Diamantadas ............................................... 3

Partes y Diseño de las Brocas Rotativas .............................................................................. 3 Brocas Triconicas .......................................................................................................... 4

2.1.1

La estructura de corte o conos ............................................................................. 4

2.1.2

Cojinetes ............................................................................................................... 5

2.1.3

Cuerpo de la Broca................................................................................................ 6

2.2

4.

Principios de Perforación Rotativa: ............................................................................. 3

1.2.1

2.1

3.

Tipos de Brocas Rotativas: ........................................................................................... 2

Brocas Con Corona de Diamantes ................................................................................ 7

2.2.1

Corona ................................................................................................................... 8

2.2.2

Diseño de la cara: ................................................................................................. 8

2.2.3

Diseño de las vías de agua:................................................................................... 8

2.2.4

Disposición de las ventanas: ................................................................................ 8

2.2.5

Sistema Wireline:.................................................................................................. 8

Criterios de Elección de las Brocas ....................................................................................... 8 3.1

Primera Clasificación .................................................................................................... 8

3.2

Segunda Clasificación ................................................................................................... 8

3.3

Tercera clasificación ................................................................................................... 10

Empresas que Fabrican....................................................................................................... 11 4.1

Brocas Diamantadas ................................................................................................... 11

4.1.1

Core Beil .............................................................................................................. 11

4.1.2 Wuxi Drilling............................................................................................................ 11 4.2

5.

Brocas Triconicas ........................................................................................................ 12

4.2.1

Varel International ............................................................................................. 12

4.2.2

Alibaba ................................................................................................................ 13

Costos y Vida Útil ................................................................................................................ 14

1

1. Definición Es la herramienta de corte localizada en el extremo inferior de la Sarta de Perforación y se utiliza para triturar y/o cortar las formaciones del subsuelo durante el proceso de perforación.

1.1 Tipos de Brocas Rotativas: 1.1.1 Brocas Triconicas Las Barras Triconicas es la herramienta de corte localizado en el extremo inferior de la sarta de perforación que se utiliza para cortar o triturar la formación durante el proceso de la perforación rotatoria de un pozo petrolero o en un macizo rocoso en minería. Esta herramienta apareció en 1910, sin embargo su utilización masiva se introdujo cuando se perfeccionaron los equipos de rotación en la década de los 60. Este tipo de perforación al principio se utilizó en rocas blandas o de poca resistencia, pero actualmente estos sistemas ya son competitivos en rocas duras. Con este sistema de perforación se alcanzan buenos rendimientos, del orden de 60-100 m/turno, en profundidades de hasta 200 m. Se utiliza en ingeniería civil con diámetros entre 100 y 300 mm. Sin embargo, estos límites se superan, por ejemplo en perforaciones petrolíferas, donde en España se han superado los 4500 m de profundidad. 1.1.2 Brocas Diamantadas (Corona de Diamante) Es una Broca con elemento de forma anular, con diamantes industriales incrustados colocado en el extremo de la sarta de perforación, este corta a la roca obteniendo un cilindro de roca que se aloja en el interior de la sarta, a medida que el elemento de corte avanza. El elemento de corte se denomina corona de diamante. Este tipo de broca permite obtener testigos cilíndricos de roca para su análisis, inspección visual e Interpretación Geológica.

2

Ilustración 1 Sarta de Perforación broca diamantada y tricònica

1.2 Principios de Rotativa:

Perforación

1.2.1 Principio de Perforación en Brocas Triconicas El Principio de Perforación se basa en dos Acciones combinadas. A. Indentación Es la penetración de los dientes o botones del tricono en la roca debido al Empuje “Pull Down”. Este Mecanismo Equivale a la trituración de la roca. B. Astillamiento Se produce debido al movimiento lateral de desgarre de los elementos de corte, al ser rotado el tricono junto con toda la sarta de perforación, en el fondo del taladro. 1.2.2 Principio de Perforación en Brocas Diamantadas Las fuerzas combinadas de rotación y empuje, transmitidas a la broca, van a producir fricción, erosión, desgaste o desgarramiento de la roca en toda el área sometida a estas fuerzas. Pero no solo la roca sufrirá esta erosión o desgarramiento, sino también la broca, que finalmente terminará su vida útil con el desgaste de su matriz diamantada. El diamante (impregnado o insertado en la matriz) al poseer la mayor dureza (en la escala de Mosh), ofrecerá mayor resistencia, provocando el desgaste más prolongado de la roca, lo cual se verá finalmente reflejado en el pozo; como efecto del proceso de la perforación.

2. Partes y Diseño de las Brocas Rotativas Los tipos de Brocas más utilizadas para la perforación de pozos.

3

2.1 Brocas Triconicas Están formadas por 3 conos cortadores que gran sobre su propio eje. Varían de acuerdo con la estructura de corte, pueden tener dientes de acero fresados o insertos de carburo de tungsteno y cambiar en función de su sistema de rodamiento. Las Brocas Tricónicas constan de 3 componentes:  La estructura de corte o conos

 Cojinetes  Cuerpo de la broca 2.1.1 La estructura de corte o conos Las brocas Triconicas emplean dos tipos de estructura de corte: 

Dientes de Acero (ST)

Se fabrican a partir de piezas forjadas de aleación de acero con níquel, molibdeno y cromo. Las Brocas con dientes de acero son las más económicas; cuando se usan apropiadamente pueden perforar por varias horas y se diseñan para trabajar en formaciones blandas, medias y duras.



Dientes con Insertos de Carburo de Tungsteno (TCI)

En estas brocas el fabricante introduce insertos de carburo de tungsteno aplicando presión en huecos en huecos perforados en el cono de la broca. Su tiempo de vida útil es mayor debido a que el carburo de tungsteno es más resistente al desgaste durante Ilustración 2Estructura de Corte

4

la perforación que el acero. Este tipo de perfora desde formaciones blandas, medianas, hasta muy duras.

Ilustración 4 Broca ST

Ilustración 3 Broca TCI

FIG 03 Estructura de Corte

2.1.2 Cojinetes Permiten a los conos girar alrededor del cuerpo de la Broca. Se clasifican en dos tipos principales: 

Cojinete a Rodillos: Posicionados de tal forma que soporten la carga radial.

5



Cojinete a Fricción (journal): Es un perno sólido unido a la superficie interna del cono que se convierte en el principal elemento del cojinete que soporta la carga radial.

2.1.3 Cuerpo de la Broca Uno de los propósitos del cuerpo de la broca es dirigir el fluido de perforación para

Ilustración 5 Tipos de Cojinetes

lograr una limpieza más efectiva en el fondo del pozo. Anteriormente, los orificios en el cuerpo estaban ubicados para dirigir el fluido de perforación de forma tal que Ilustración 6 Cuerpo de Broca limpiaban los conos de la broca. En la actualidad, la mayoría de las brocas son de tipo a chorro, donde el fluido apunta hacia el fondo del pozo o taladro.

El Cuerpo de la

Tricónico consiste de:

 Una conexión roscada que une la broca con la tubería de perforación  Tres ejes para los cojinetes en donde van montados los conos. 6

 Los depósitos que contienen el lubricante para cojinetes.  Los orificios a través de los cuales el fluido de perforación limpia y transporta del fondo los recortes. La siguiente figura muestra las partes constitutivas de una broca tríconica.

Ilustración 7 Partes de una broca tricònica

2.2 Brocas Con Corona de Diamantes Las Brocas Diamantadas son herramientas para perforar. Contienen segmentos de diamante unido a un material base. Son ampliamente utilizados en el perforado de materiales no ferrosos. Los grados seleccionados de diamante sintético de alta calidad son distribuidos profundamente en la matriz de series de brocas. La capa de la matriz de la corona contiene una distribución uniforme de estos cristales que están incrustados en una unión de metal en polvo. Son ampliamente aplicados a la industria de la exploración de minerales.

Las Brocas Diamantadas están constituidas por 5 componentes principalmente

7

2.2.1 Corona 2.2.2 Diseño de la cara: Zona donde se impregnan los diamantes 2.2.3 Diseño de las vías de agua: Orificio por donde 2.2.4 Disposición de las ventanas: Mejora considerable el lavado ya que los escombros pasan por la ventana. 2.2.5 Sistema Wireline: Es el contorno del cilindro de la broca Variables en un modelo de Broca Diamantada: a) Altura del Impregnación b) Vías de Agua c) Diámetro Ilustración 8 Partes de una Broca diamantada

3. Criterios de Elección de las Brocas La elección del tipo de broca correcta, es una decisión importante, ya que tiene un impacto directo sobre la productividad de los sitios de perforación.

3.1 Primera Clasificación La primera clasificación que se hace es la de brocas diamantadas y brocas tricónicas, las cuales se diferencias por la función y objetiva que estás tienen. Las primeras se caracterizan porque en su perforación se obtienen testigos, los cuales sirven para determinar leyes u obtener información geotecnia de la roca, mientras que la segunda se usa para perforaciones en la cual no se requiere extraer un testigo, lo que se extrae es el detritus de la perforación (Perforaciones para voladura)

Con Testigo

• Broca diamantada

Sin testigo • Broca Triconica 3.2 Segunda Clasificación La segunda clasificación se basa en el tipo de broca tricònica a usar, al cual depende de la calidad de la roca a perforar, en esta clasificación tenemos dos tipos de brocas:

8

Broca con dientes de Acero

•Roca debil a dureza media

Broca con insertos de C. •Roca dura a muy dura Tugteno

Ahora presentamos el siguiente cuadro de selección de broca, los cuales nos permiten escoger el modelo adecuado para una perforación óptima.

Ilustración 9 Tabla de Clasificación para brocas con dientes de acero

9

Ilustración 10 Clasificación para Brocas con Carburo de Tungsteno

3.3 Tercera clasificación En el caso de las brocas diamantadas debemos escoger el modelo adecuado en base a la necesidad del tipo de roca a perforar. En el caso de la empresa Core- Beil esta es su clasificación de modelos de brocas diamantadas:

Ilustración 11Diagrama de clasificación de brocas diamantadas

10

4. Empresas que Fabrican 4.1 Brocas Diamantadas 4.1.1

Core Beil

Ilustración 12Brocas Diamantadas

4.1.2 Wuxi Drilling

Ilustración 13Brocas Diamantadas

11

4.2 Brocas Triconicas 4.2.1

Varel International

Ilustración 14Broca con serie Hight Roller

Ilustración 15Broca serie Hight Energy

Ilustración 16 Broca de serie A Force

Ilustración 17 Broca con serie Workover

12

4.2.2 Alibaba

Ilustración 18 Broca de Carburo de Tungsteno

Ilustración 19 16 Broca para Pozos de Agua

Ilustración 17 Broca para Extracción de Petróleo

13

5. Costos y Vida Útil En un ejemplo explicaremos las cantidades de Brocas y los costos por mes en estas. cantidad

Unidades

# de Taladros por mes

2000

taladros

Longitud del Taladro

13.5

metros

# metros mensuales

2700

metros

Costo Promedio de Broca

5325

$ Dólares

Vida Útil de la Broca

3000

metros

#Brocas a usar en el mes

9

brocas

Costo mensual en Brocas

47925

$ Dólares

Calculo de Costos Mensuales en Broca: 1. Se necesita perforar 2000 taladros por mes 2. Longitud de cada taladro: H:=12m y S=1.5m. 3. Los metros perforados Mensuales = Taladros por mes *Longitud del taladro =2700m 4. Costo por Broca $5, 325 Modelo de Broca Pit Viper 5. Vida Útil es 3000m 6. Calculo de Brocas/mes = # metros mensuales/ Vida Útil = 9 brocas/mes 7. Costo Mensual en Brocas = # brocas a usar por mes * Costo promedio de Broca= $47,925

14