Cómo usar correctamente las brocas tricónicas: Elija la broca adecuada para la formación geológica.
Una broca tricónica puede comportarse de forma muy diferente según la formación geológica.
La misma broca que perfora rápidamente arcilla blanda puede desgastarse rápidamente en arenisca rica en cuarzo. Una broca que funciona bien en piedra caliza puede sufrir daños por impacto en roca fracturada. Cuando el rendimiento de la perforación varía, la causa no siempre es la broca en sí. El tipo de formación, la presión de perforación, la velocidad de rotación, el lavado y las condiciones del pozo influyen en el resultado.
El uso correcto de las brocas tricónicas comienza por comprender la conexión a tierra.
Las condiciones de formación controlan el fallo de la broca
Las diferentes formaciones geológicas generan diferentes problemas de perforación.
Arcilla, lutita y pizarraPuede absorber agua libre del fluido de perforación e hincharse. El orificio puede estrecharse, dificultando la extracción de la broca y aumentando el riesgo de atascamiento. Con una mayor exposición, fragmentos de la formación pueden desprenderse, agrandar el orificio y generar inestabilidad.
La lutita carbonácea suele tener una unión débil y puede desmoronarse fácilmente. La lutita blanda permite una perforación rápida, pero también puede provocar la acumulación de material en la broca cuando los recortes se adhieren a ella.
En estas formaciones, el programa de fluidos de perforación es importante. El agua o un fluido de baja densidad y baja viscosidad pueden ser adecuados en algunas condiciones, pero la selección final debe ajustarse al plan del pozo y a los requisitos de ingeniería locales.
AreniscaVaría ampliamente según el tamaño del grano, el contenido mineral y la cementación.
Los granos finos, el cuarzo abundante y el cemento de sílice o hierro suelen dar lugar a areniscas más duras y abrasivas. Por lo tanto, la arenisca de cuarzo puede acelerar el desgaste de los dientes y cojinetes de la broca.
Una mayor cantidad de arcilla cementada, mica o feldespato suele dar lugar a una formación más blanda y fácil de perforar. La arenisca gruesa y débilmente cementada puede ser más permeable, lo que aumenta la pérdida de fluidos y crea una capa gruesa en la pared. Esto puede contribuir al atascamiento diferencial y al funcionamiento anómalo de la broca.
ConglomeradoEsto puede provocar saltos, fluctuaciones de torsión y el colapso del pozo. Si el caudal de la bomba es demasiado bajo o la viscosidad del fluido de perforación no es la adecuada, la grava podría no regresar eficazmente a la superficie. El contacto repetido con el cuerpo y los dientes de la broca puede causar daños graves.
CalizaSuele ser duro y produce una tasa de penetración relativamente baja. Las fracturas y cavidades generan riesgos adicionales, como la pérdida repentina de circulación, la perforación en un vacío, la inestabilidad del par de torsión y el ensanchamiento del orificio. Cuando se alternan capas blandas y duras, también aumenta la probabilidad de desviación.
Las formaciones solubles, como el yeso o la sal gema, pueden alterar las propiedades del fluido de perforación e interferir con el rendimiento normal de la broca.
Los parámetros de perforación deben ajustarse a la broca y a la roca.
Los principales parámetros de perforación controlables son:
Peso en el bocado
Velocidad de rotación
Caudal del fluido de perforación
Estos valores deben seleccionarse en función de la formación geológica, el diseño de la broca, la capacidad de la perforadora, el diámetro del pozo y la experiencia del operador. Un parámetro que mejora el rendimiento en un tipo de roca puede acortar la vida útil de la broca en otro.
No existe una presión de perforación ni una velocidad de rotación "máxima" universal que funcione en todas partes.
Peso sobre la broca: suficiente para que las fresas funcionen.
Es necesario ejercer presión sobre la broca para que los dientes penetren y rompan la formación.
A medida que aumenta el peso, la tasa de penetración puede incrementarse inicialmente. Sin embargo, un peso excesivo también acelera el desgaste de los cojinetes, el daño a los dientes, la vibración y la carga estructural.
La relación entre el peso y la rotura de la roca se puede entender en tres etapas.
Etapa de fracturación superficial:Cuando el peso aplicado es inferior a la resistencia a la indentación de la formación, los dientes no pueden penetrar eficazmente. Principalmente raspan y frotan la superficie. La perforación sigue siendo lenta, mientras que el desgaste de los dientes puede ser sorprendentemente elevado.
Etapa de fractura por fatiga:A medida que el peso se aproxima al nivel requerido, el contacto repetido de los dientes crea grietas en la roca. La formación comienza a ceder debido a la carga repetida, pero el proceso sigue siendo menos eficiente que la penetración completa.
Etapa de fracturación volumétrica:Una vez que los dientes penetran lo suficiente, se desprenden virutas más grandes y la broca entra en una condición de perforación más productiva.
El objetivo es lograr una penetración efectiva sin sobrecargar la broca.
Las formaciones blandas y pegajosas pueden requerir menos peso para reducir la formación de bolas y el bloqueo. La roca abrasiva puede necesitar suficiente peso para evitar que los dientes rocen sin cortar. Las formaciones fracturadas suelen requerir menos peso para reducir los saltos y evitar la rotura de los dientes.
La configuración óptima es aquella que permite que la estructura de corte funcione correctamente, limitando al mismo tiempo el desgaste innecesario.
Velocidad de rotación: más rápido no siempre es mejor.
La velocidad de rotación determina la rapidez con la que la broca gira contra la roca.
En formaciones blandas, plásticas y de baja abrasión, una mayor velocidad de rotación suele aumentar la velocidad de perforación mecánica cuando el peso es el adecuado. Los dientes de corte penetran con relativa facilidad y el desgaste puede ser limitado.
Las formaciones duras y abrasivas se comportan de manera diferente. A medida que los dientes se desgastan y aumenta el área de contacto, la deformación de la roca y el desarrollo de grietas requieren más tiempo. Si la broca gira demasiado rápido, los dientes pueden abandonar la zona de contacto antes de que la roca se haya fracturado por completo.
Esto puede reducir la profundidad de corte efectiva, aumentar el calor y el desgaste y, en última instancia, disminuir la tasa de penetración.
Las pruebas de campo han demostrado que los aumentos de velocidad no son iguales en todas las formaciones. En una comparación, duplicar la velocidad de rotación aumentó la velocidad de perforación en aproximadamente un 93 % en un mármol más blando, pero solo en un 28 % en un granito porfídico muy duro.
La lección es sencilla: una mayor velocidad puede ser beneficiosa para las formaciones más blandas, mientras que las rocas duras y abrasivas suelen beneficiarse más de una velocidad controlada y un peso suficiente.
El lavado protege la broca
El flujo del fluido de perforación no solo sirve para enfriar. También elimina los recortes, estabiliza el pozo y mantiene despejada la cara de la broca.
Un mal enjuague puede causar:
Trituración repetida de restos de poda antiguos
Bola de bit
Mayor desgaste dental
Mayor par motor
Atascado o bloqueado
Desviación del agujero
Daños en los cojinetes y en el cuerpo de la broca.
El caudal debe ajustarse al diámetro del pozo, la permeabilidad de la formación, la capacidad de la bomba y el volumen de recortes. Un valor copiado de otra plataforma de perforación no es automáticamente correcto.
Inspeccione el sistema de perforación completo.
La broca tricónica debe evaluarse junto con la sarta de perforación y la plataforma de perforación.
Antes de perforar, compruebe:
Tipo de broca y estructura del diente
Dureza y abrasividad de la formación
Peso previsto y velocidad de rotación
Capacidad de la bomba y calidad del enjuague
Resistencia y longitud de la varilla de perforación
Capacidad de par y avance del equipo
Riesgo de desviación del agujero
Modo de fallo previsto
Una broca puede estar fabricada correctamente y aun así fallar prematuramente si el sistema de perforación no es el adecuado.
Asimismo, una caída repentina en la velocidad de penetración no siempre significa que la broca deba reemplazarse de inmediato. Puede indicar un lavado deficiente, un cambio en la formación, una velocidad excesiva, un peso insuficiente, inestabilidad del pozo o problemas con la sarta de perforación.
Elige rendimiento, no solo precio.
A la hora de seleccionar una broca tricónica, se debe tener en cuenta el coste por metro, no solo el precio de compra.
Una broca de bajo costo que perfora lentamente, requiere reemplazos frecuentes o causa tiempos de inactividad puede resultar más costosa a largo plazo. Una mejor comparación incluye la tasa de penetración, la longitud de perforación, la vida útil de los rodamientos, el desgaste de los dientes, el consumo de fluido de perforación y las consecuencias de una falla.
Gaea Rock suministra brocas tricónicas, brocas DTH, brocas de botón, barras de perforación, adaptadores de vástago y herramientas relacionadas para la perforación de rocas. La mejor manera de optimizar el avance, proteger la sarta de perforación y controlar el costo total de la perforación es mediante la selección adecuada del diseño de la broca y los parámetros de perforación.
