Sistema IADC

Calificación de las brocas

2.3.4.1 Sistema TBG
La calificación de las brocas puede ser muy sencilla al definir la condición de los dientes, de los rodamientos y del calibre. Este sistema se conoce como el sistema TBG, siendo los dientes y los rodamientos calificados en una escala de 1 8 y el calibre en octavos de pulgada bajo el diámetro inicial.
(T)(Teeth) Dientes 1 – Como nuevos
8 – Completamente gastados.

(B)(Bearing)Rodamientos 1 – Como nuevos
8.- Falla total

(G)(Gauge)Calibre IG (In Gauge) En Calibre
o la medida en octavos de pulgada del diámetro inicial menos el hallado al sacar la broca.
Este sistema de calificación es muy básico que da una visión muy general de la condición de la broca, por ejemplo las hileras interiores de dientes pueden tener un desgaste diferente de las hileras exteriores, pero en este sistema sólo hay lugar para una descripción.

Brocas Policristalinas y de Diamante (PDC)

Estas brocas tiene una larga vida pues sus cortadores son muy duros y no hay rodamientos ni partes móviles. 

Los diamantes industriales de origen natural empleados son colocados manualmente en diseños geométricos 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 perforación, o el corte, mientras el carburo de tungsteno los sostiene proveyéndoles de resistencia y rigidez. 

Los cortadores de diamante comienzan su trabajo afilados y se desgastan manteniéndose afilados, mientras que la mayoría de cortadores se desgasta con el uso. Esto y su vida más larga hacen extremadamente efectivas en costo para perforaciones profundas y en formaciones duras y abrasivas. Dado que no tienen partes móviles, son económicas y permiten altos regímenes de rotación (RPM), (mayores que los permitidos para brocas de rodamientos) producidos con motores de fondo. Tienen una larga vida, aunque la ratas de penetración (ROP) son generalmente menores. La distancia perforada tendrá que ser mayor para justificar el alto costo que implican estas brocas. La acción cortante de los diamantes es del tipo de fallamiento o pulverización. Lo cual produce cortes que son mucho más finos que los producidos por una broca tricónica. 

Comúnmente apareciendo como una fina harina de roca, y algunas veces hasta térmicamente alteradas debido al alto calor friccional generado. Esto hace que esta broca no sea muy útil cuando se trata de evaluar una formación, pues la estructura y la forma de la litología se destruyen en alto grado. En forma similar, no son sensibles a los cambios de formación (generalmente un cambio en la ROP es la primera indicación de un cambio en la litología), se recalca nuevamente que estas brocas no producen cortes aptos para la evaluación geológica. Las brocas de diamante tienen diferentes requerimientos operacionales que las brocas tricónicas. Generalmente tienen un diámetro ligeramente menor que el tamaño de hueco para reducir desgaste durante los viajes para adentro y para fuera del pozo. 

El rendimiento óptimo se logra con bajos WOB y la más alta RPM posible, y con altas velocidades de lodo alrededor de las superficies cortantes de la broca. Antes de comenzar a perforar con una broca nueva de estas, está debe ser ‘asentada’, en otras palabras la forma del hueco en el fondo debe ser ajustada lentamente con la broca; esto se consigue incrementando lentamente el peso sobre la broca (WOB) antes de comenzar a perforar, así el perfil de la broca poco a poco le dará su forma al fondo del pozo.

SARTA DE PERFORACIÓN Y BROCA - V

Requisitos para la operación. 

Las formaciones abrasivas y duras requieren fuerza sobre la broca (WOB). El mayor peso obviamente tendrá su impacto en los rodamientos, de forma que una rotación más lenta deberá ser aplicada, con el fin de no desgastar en exceso los rodamientos. El WOB requerido es ligeramente menor para una broca TCI equivalente a una de dientes con el fin de evitar falla de la broca por impacto o quebrar los cortadores de insertos. 

Las formaciones más suaves requieren menor peso sobre la broca con el fin de lograr una buena penetración, por lo tanto se puede aplicar un valor mayor de RPM. Los parámetros entre brocas de insertos y de dientes pueden ser similares. 

Demasiado peso puede en efecto quebrar los dientes o insertos más largos de las brocas usadas en estas formaciones. Generalmente la rata de penetración (ROP) es mayor cuando se aplica un peso mayor (WOB) y / o unas RPMs más 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.

SARTA DE PERFORACIÓN Y BROCA - IV

Tipos de rodamiento 

Sin sello: Están llenos con grasa y expuestos. Su vida por lo tanto es corta pues los rodamientos están expuestos a la fatiga del metal y a la abrasión por sólidos. 

Sellados y auto lubricados: Aún existe fatiga del metal, pero la abrasión por sólidos se ha eliminado mientras el sello permanezca. 

Bujes sellados: Estos tienen una vida más larga, pero puede haber desgaste ocasionado por las superficies de metal rozando en la parte inferior de los bujes. Si el sello falla, el lodo de perforación entrará dentro del buje, sacando la grasa y el recalentamiento consiguiente resultará en la pronta falla del rodamiento. El buje tiene un sistema de compensación de presión el cual minimiza la diferencial de presión entre el rodamiento y la columna hidrostática del lodo. 

Dientes 

El tamaño, forma y separación entre los dientes afecta la eficiencia o rendimiento de la broca según la dureza de las formaciones. El diseño de los dientes también determinará el tamaño y la forma de los cortes de formación producidos, luego este factor debe tenerse en cuenta para la evaluación geológica de dichos cortes. 

Para formaciones blandas, los dientes escogidos normalmente serán largos, delgados y ampliamente espaciados. Los dientes entre más largos logran mayor penetración en la formación blanda. Esta mayor penetración se mantiene aunque el diente se desgaste pues se mantiene agudo debido a que se ha hecho lo más delgado posible. 

El amplio espaciamiento entre dientes impide el empacamiento de la formación blanda entre los dientes. La acción de corte se produce por tallado y raspado y los cortes producidos serán grandes y angulosos. El tamaño y la resistencia del rodamiento se ven necesariamente restringidos en formaciones blandas por el mayor tamaño de los dientes. Esto normalmente no produce problemas pues se necesita aplicar sólo pesos bajos sobre la broca para lograr fallar la formación y conseguir una rata de perforación óptima. 

Para formaciones de mediana dureza se usan dientes más cortos y son innecesarios los dientes largos. La longitud será tal que consiga penetrar lo más posible al tiempo que el desgaste se mantenga en el mínimo posible. Un amplio espaciamiento permite una eficiente limpieza, aunque el empacamiento no es una consideración tan importante como en las formaciones blandas. Para perforación en formaciones duras se usan dientes cortos y aún más anchos, los cuales producen un efecto de aplastamiento y fragmentación más que de arranque y deformación en la roca. No se requiere espaciamiento entre los dientes ya que los cortes producidos serán mas pequeños, en menor concentración o volumen. 

Las ratas de perforación serán menores. Se consigue una vida útil más larga en las brocas cuando se usan dientes de caras endurecidas o con insertos de carburo de tungsteno (Tungsten Carbide Inserts, TCI) Para formaciones más duras, aún más pocos y más pequeños dientes facilitan que los rodamientos puedan ser más grandes y resistentes y así puedan soportar las grandes fuerzas necesarias para lograr el fallado físico de la formación.

SARTA DE PERFORACIÓN Y BROCA - III

Clasificación IADC de Brocas

Acción del cono. 

A medida que el cono rueda en el fondo del pozo, una acción de raspado y excavado se ejecuta sobre la formación. Los conos tienen mas de un eje de rotación debido al número y alineación de las filas de dientes de corte, pero esto se halla limitado por el efecto que tenga el peso de la sarta de perforación aplicado sobre la broca. 

La rotación se efectúa dentro de la broca, en forma que los dientes van deslizando y excavando a medida que van girando. Este efecto es minimizado en el diseño de brocas duras (pues los ejes de rotación de los conos son concéntricos) con el fin de reducir desgaste, pero aún así en esta acción no hay rodamiento puro. 

El efecto de deslizamiento produce un efecto de arranque, raspado y tallado controlado en la formación, que conduce a una rápida y eficiente remoción de los cortes de formación producidos. Para formaciones blandas, el efecto de raspado se mejora haciendo que los ejes de los conos no sean concéntricos. 

Esto lleva a una perforación más rápida y la cantidad de raspado dependerá de la cantidad de alejamiento que tengan los ejes de los conos. En las brocas para formaciones blandas este alejamiento de los ejes puede ser de ¼”, en aquellas para formaciones medias de 1/8”, y sin alejamiento para las de formaciones duras.

SARTA DE PERFORACIÓN Y BROCA - II

La mayoría de la brocas tricónicas tienen un código IADC de tres cifras.

Descripción Con dientes TCI para formación blanda, la más blanda en el rango, con rodamientos sellados y protección de calibre del diámetro. Con dientes blandos tallados, para formación medianamente dura dentro del rango de la broca, con rodamientos sellados por fricción y protección de calibre del diámetro. 

Algunas brocas pueden tener un cuarto caracter que describe características adicionales de la broca. 

Por ejemplo, para perforación con aire(A), con boquilla central (C), con protección extra de diámetro(E), para perforación horizontal (H), para broca de dientes en acero standard(S), con insertos en forma de cincel (X), con insertos en forma cónica(Y). 

  Terminología de la broca