1) Identificar el producto a) Función del producto.
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. b) Características generales del producto
El cuerpo de la broca consiste de una conexión de rosca con la cual se sujeta la broca de la tubería, los conos están montados sobre unos cojinetes, el lubricante para estos cojinetes y los sitios por donde pasa de manera continua el fluido de perforación con el propósito de limpiar el fondo del hueco de los recortes producidos por la operación de perforación. Uno de los propósitos de la forma del cuerpo de la broca es para que el fluido de perforación llegue de forma directa donde este hará más eficientemente su trabajo de limpieza. Muchos de los diferentes tipos de brocas triconicas utilizan jets en la parte superior entre los conos para limpiarlos directamente Durante la perforación, las brocas funcionan bajo un principio esencial: vencer los esfuerzos de corte y de compresión de la roca. Para cumplir este propósito los dientes de la broca, en el caso de la tricónica, deben incrustarse en la formación y posteriormente cortarla cuando se desplaza dentro de la misma. En el tipo PDC el proceso se cumple mediante el cizallamiento generado por los cortadores de la broca que vencen la resistencia de la formación. Por esta razón se distinguen dos tipos fundamentales de brocas: de dientes y de arrastre. El trabajo de la broca dependerá del tipo y características de la roca que se desea cortar, principalmente en función de la dureza, factor que resulta importante para clasificar las brocas.
c) Identificar los principales componentes del producto
Existen 2 tipos de brocas triconicas de acuerdo a al estructura de corte: De insertos de carburo de tungsteno. De dientes acero. A continuación mostramos a ambas y los principales componentes de estas
Las brocas están formadas por tres conos cortadores que giran sobre su propio eje. Varían de acuerdo con la estructura de corte, pueden tener dientes de acero fresados o de insertos de carburo de tungsteno y cambiar en función de su sistema de rodamiento. Las brocas tricónicas constan de tres componentes:
La estructura de corte o conos.
Cojinetes.
Cuerpo de la broca.
d) Elaborar los bosquejos y los planos de cada componente del producto
En las dos graficas siguientes se muestra como el espacio entre los conos es un factor muy importante, en la determinación de la broca y depende del tipo de formación a perforar.
Espaciamiento de los conos para perforar formaciones suaves.
e) Identificar la función de cada componente del producto La Estructura de Corte o Conos Las brocas tricónicas 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 duros de Carburo de Tungsteno aplicando presión 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 la perforación que el acero. Este tipo perfora desde formaciones blandas, medianas, hasta muy duras. En general, la estructura de corte está montada sobre los cojinetes, que rotan sobre pernos y constituyen una parte fundamental del cuerpo de la broca. 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. 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.
Cuerpo de una Broca Uno de los propósitos del cuerpo de la broca es dirigir el fluido de perforación para 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 limpiaban los conos de la broca. En la actualidad, la mayoría de las brocas son del tipo a chorro, donde el fluido apunta hacia el fondo del pozo . El Cuerpo de la Tricónica 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.
Los depósitos que contienen el lubricante para los 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 tricónica.
f) Características que debe poseer cada componente.
La Asociación Internacional de Contratistas de Perforación (IADC) ha desarrollado un sistema estandarizado para clasificar las brocas tricónicas y evitar que exista confusión entre los tipos de brocas equivalentes en relación con los distintos fabricantes. Para este propósito se creó el sistema (código IADC) de clasificación de tres dígitos, que se explica en la siguiente tabla:
A continuacion un esquema en dodne muestra el espectro para la aplicación de las barrenos
2)
Identificar los factores que influyen en la vida del
material, de cada uno de los componentes del producto. a)
Condiciones de estabilidad estructural (cargas o esfuerzos que
soporta)
Dependiendo del tipo de roca en donde se lleve a cabo la perforación se debe aplicar un adecuado pull down balanceado con la rotación de acuerdo al tipo de roca. Generalmente se recomienda los siguientes pull down. Ø 6 ¾ pulg. → 5,500 lb/pulg. Ø 9 7/8 pulg. → 6,500 lb/pulg.
Ø 12 ¼ pulg. → 7,200 lb/pulg
Pull down=
PR
P
Ae
e = energía especifica A = área del taladro (pies 2) R = rango de penetración (pie/min) P = presión (PSI) Los rangos de rotación más comunes en perforación rotativa en minería superficial son los siguientes
De 60-90 RPM para rocas compactas
De 90 RMP para rocas suaves
b)
Influencia del medio ambiente
El factor más importante para la selección y operación de una barrena es el conocimiento de la geología del sitio que se va a perforar; es decir las propiedades físicas de la formación, entre las que se pueden mencionar: Abrasividad . La composición de materiales abrasivos en la constitución de la
roca (pirita pedernal, magnetita, etc.) son la causa del desgaste prematuro en toda la estructura de una barrena; el calibre es el parámetro más afectado. Está relacionada con la litología y los eventos geológicos que se hayan experimentado. Existen rocas que fueron confinadas a gran profundidad y que posteriormente quedaron a profundidades someras debido a levantamientos tectónicos. Por esto son más compactas que las de tipos similares, pero que no han cambiado de profundidad. La resistencia específica de la roca también depende de la cementación de los granos, forma y tamaño. Resistencia específica de la roca.
c) Influencia de las condiciones del servicio
Las condiciones de servicio van estar de acuerdo con la geología por atravesar y con la geometría del agujero. Pueden ser modificados en el campo en función del desempeño observado. A continuación algunos condiciones de servicio así como las consecuencias de un inadecuada condición de la misma Peso sobre barrena. A medida que la barrena perfora, los dientes o cortadores se desgastan, por lo que generalmente se le aplica cada vez más peso. Éste es recibido por los conos o por la cara de la barrena. Este aumento de peso puede hacerse hasta lograrse un ritmo de penetración aceptable o hasta llegar al límite prescrito en las recomendaciones de operación de la barrena; en caso contrario la barrena, de conos o de diamante, tendrá un desgaste prematuro Velocidad de rotación. La velocidad de rotación suele expresarse con el término “RPM”, o sea Revoluciones Por Minuto. La alta velo cidad de rotación, por sí sola, no limita el funcionamiento de las barrenas, principalmente a las de diamante, ya que por su diseño pueden ser usadas como motor de fondo o turbina. En cuanto a las barrenas de conos hay algunas especiales para altas velocidades de rotación; sin embargo, hay otros factores que imponen un valor práctico máximo de RPM en ciertas aplicaciones. Las causas de la limitación son la sarta de perforación y el mecanismo impulsor. Para evitar velocidades críticas debe usarse el sentido común: la velocidad de rotación más adecuada es aquella que produzca un máximo ritmo de penetración, pero sin causar problemas. Debe observarse que en formaciones blandas el aumento de la velocidad de rotación resulta en un aumento proporcional del ritmo de penetración. Es posible que en algunas formaciones más duras ocurra lo contrario debido a que los dientes o cortadores no pueden perforar
la roca si se sobrepasa cierto límite de velocidad de rotación y se afecte así el desgaste de las barrenas. Limpieza en el fondo del pozo. La limpieza de fondo es también uno de los puntos que afectan el desgaste de las barrenas debido a que el fluido de perforación limpia el pozo al desalojar los recortes. De esta manera evita que la barrena se embole y se deban usar entonces otros parámetros de perforación. También enfría los dientes o cortadores para que permanezcan a menor temperatura; efectúa, además, el enfriamiento y lubricación de la barrena y evita el desgaste por exceso de temperatura. Geometría del agujero. En función de la experiencia, en ciertas situaciones como la de empezar a desviar a un pozo, es necesario utilizar condiciones de operación no tan recomendables como el peso sobre barrena, revoluciones por minuto, la utilización de sartas navegables para aumentar, disminuir o mantener ángulo. En estos casos el desgaste prematuro de la barrena es inevitable, por lo que la experiencia de campo es indispensable para detectar el desgaste que se está ocasionando. Problemas más comunes en las barrenas
Otro factor no menos importante de desgaste de las barrenas es su manejo y transporte. Sin importar el tipo de barrena, de conos o de diamante, debe tratarse bajo ciertos cuidados: se debe remover de su embalaje y colocarse sobre madera o alguna alfombra de caucho; nunca se debe rodar una barrena sobre la cubierta metálica del piso de perforación porque en el caso de las barrenas de diamante los cortadores son muy frágiles y pueden astillarse fácilmente. Si la barrena se deja caer por descuido y se rompen algunos dientes o cortadores, es posible que se acorte drásticamente su duración. En ese caso se debe anotar su número de serie, así como su tipo y su diámetro; revisarla en busca de daños que le pudieron haber ocurrido en tránsito y finalmente inspeccionar su interior Manejo – Transporte.
d) Consideraciones sobre el proceso de producción, disponibilidad, costo del material, etc.
Según la norma DIN 8580 estos procesos pueden clasificarse según la forma de la herramienta cortante en: - Arranque de viruta por medio de filos determinados geométricamente: Torneado, fresado, etc. - Arranque de viruta por medio de filos indeterminados: el material es arrancado por material abrasivo que no tiene ninguna forma determinada: Bruñido, pulido, etc. Por medio del arranque de viruta se obtienen piezas con tolerancias pequeñas y buenos acabados superficiales, aunque se pierde gran parte de material en forma de viruta debido a que se parte de una pieza de tamaño aproximado (pieza en bruto o preforma). Seguidamente se describen los procesos de fabricación más usuales.
Costos. En el manual para Perforador-Cabo, se proporcionó la fórmula del costo por metro perforado, para evaluar el rendimiento económico de una barrena. En este caso analizamos por medio de una gráfica los costos que se involucran en la misma.
3) Conclusiones
Para perforar un pozo, la información que se puede obtener de los pozos vecinos como: litología, parámetros operacionales, registros geofísicos, entre otros; es de vital importancia para diseñar el programa de brocas más óptimo. Además de estos datos otra consideración importante es el perfil direccional del pozo con el cual se puede determinar el trabajo a realizarse tanto en inclinación (construcción, tangente o tumbado) como en dirección (azimuth).
Tener en consideración el tipo de terreno donde se va llevar acabo la perforación La limpieza de fondo es también uno de los puntos que afectan el desgaste de las barrenas se va prolongar la vida útil de la broca
Limpieza en el fondo del pozo.
Tener en cuenta el medio en donde se va realizar la perforación
4) BIBLIOGRAFIA
http://es.scribd.com/doc/19414708/Brocas-de-Perforacion
http://es.scribd.com/doc/19414708/Brocas-de-Perforacion
http://ingenieriapetrolera.info/blog/media/blogs/b/barrenas.pdf
http://www.cps.unizar.es/~altemir/descargas/Dise%F1o%20Mecanico/Cap%E Dtulo%203.pdf
http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/14609/5/TESIS%20%20DISE%C3%91O%20DEL%20PROGRAMA%20DE%20BROCAS.pdf
Propia información.
