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EXPLORACIÓN

febrero 1, 2018

La ciencia de la perforación: ¿Está obteniendo el máximo provecho de sus brocas diamantadas?

Hay muchos factores diferentes que afectan la rapidez con que se consumen los consumibles, pero ¿ha analizado la forma en que la perforación podría afectar sus brocas? La mejor manera de ahorrar dinero en consumibles como las brocas es verificar sus métodos de perforación. 

Estos simples consejos podrían disminuir sus costos operativos y agregar más efectivo a su cuenta de resultados.

Velocidad de rotación

La velocidad de rotación tiene una influencia directa en la tasa de penetración de las brocas. Si la velocidad se duplica para una profundidad determinada de un corte, la tasa de penetración también se duplica. Por esta razón, la velocidad de rotación generalmente se establece a un valor fijo en función del tamaño de las herramientas que se utilizan. Si el equipo de perforación tiene suficiente torque, la velocidad puede aumentarse para obtener tasas de penetración más altas. Por el contrario, si la cabeza se detiene durante el funcionamiento normal, entonces la velocidad debe reducirse para producir más torque y mantener la rotación constante. La excepción a esta regla es la perforación en terreno extremadamente fracturado y duro. La tierra quebrada se mueve libremente, por lo que en lugar de cortar, la roca se elimina mediante una acción de molienda. En estas condiciones (desgaste de tres cuerpos), el desgaste de las puntas de diamante es extremadamente rápido y la velocidad de rotación debe reducirse a la mitad de las RPM y aplique peso en la broca para llegar a 1 a 2 ipm (3 a 5 cpm).

Dato útil

Si la cabeza se para en funcionamiento normal, reduzca la velocidad para aumentar el torque y
mantener una rotación constante.

En terreno fragmentado, reduzca las RPM a la mitad y aplique suficiente peso en la broca para llegar a 1 a 2 ipm 
(3 a 5 cpm
).

Peso (fuerza) en la broca

El peso sobre la broca (WOB por su sigla en inglés) es el método principal para controlar la vida de la broca y la tasa de penetración. Si se requieren cargas de brocas muy altas para cortar la roca, seleccione una broca de serie más alta para evitar una mayor desviación del pozo, un saca núcleos sobrepasado y desgaste de la barraa, e incluso fallas en el fondo del pozo. El aumento de la serie de las brocas normalmente da como resultado la necesidad de una broca con menor peso para las mismas tasas de penetración. Si el peso en la broca es demasiado bajo, tanto la tasa de penetración como el par de torsión disminuyen, lo que da como resultado una baja vida útil y menor productividad. Esta condición se conoce como pulido y describe el fenómeno de los diamantes que se desgastan más rápido que la matriz hasta que la cara queda plana, sin dejar diamantes que sobresalgan de ella. El pulido es causado por la fricción y el calor acumulado en el diamante ya que frota en lugar de cortar la roca. Si el peso en la broca es demasiado alto, caracterizado por un aumento muy pequeño o nulo en la tasa de penetración en relación con el peso adicional, el resultado es un afilado constante y un desgaste rápido.

Dato útil

El WOB es demasiado bajo si la broca se pule y el par de torsión disminuye. Resultado: poca vida útil y baja tasa de penetración.

El WOB es demasiado alto si el peso adicional no aumenta la tasa de penetración. Resultado: afilado constante y desgaste rápido.

El afilado de la broca resulta de enterrar el diamante en la formación y crear contacto entre la matriz y la formación. La fricción en la matriz lo elimina y deja expuesto nuevos diamantes. El afilado es beneficioso cuando la penetración de la broca ha disminuido debido al desgaste de los diamantes, pero si se deja en un modo de afilado, la broca se consume muy rápidamente. A medida que se agregan barras, la fuerza para mantener el peso constante en la broca cambiará, por lo que se debe monitorear el peso en la broca para garantizar un rendimiento de brocas consistente en todas las profundidades. El peso de las barras y la fuerza hacia abajo desarrollada por los cilindros hidráulicos proporcionan la fuerza ejercida sobre la broca de diamante. Desafortunadamente, los controles del equipo de perforación no muestran el peso en la broca, sino la presión del cilindro de alimentación.

El peso o fuerza sobre la broca se puede determinar fácilmente mediante el siguiente método "off bottom":

  1. Suspenda las barras con el sistema hidráulico en la posición de descenso.

  2. Con el motor de perforación funcionando en rotación de perforación, observe la lectura en el manómetro de alimentación de cilindro. Esto es aproximadamente igual a la presión de la bomba hidráulica más el peso de las barras en términos de presión hidráulica. Esto se llama presión "descendente".

  3. Gire las barras y aliméntelas abriendo la válvula restrictiva. A medida que la broca toca el fondo, parte del peso de las barras se admite en la broca. Esta acción se indica por una disminución en la lectura del medidor. La diferencia en las lecturas del medidor es la presión aplicada a la broca.

  4. La presión aplicada a la broca multiplicada por el área de los cilindros hidráulicos da la fuerza o el peso sobre la broca.

  5. El torque de la broca se puede medir de manera similar al comparar la presión hidráulica "descendente" de la unidad de rotación con la presión hidráulica durante la perforación.

Esfuerzo de torsión

El par generado por la broca es una función de la nitidez de la broca y el peso en la broca, y resulta de los diamantes que cortan la formación. Como tal, el par debe considerarse beneficioso y una indicación de la efectividad de la perforación. El par mínimo se produce justo después de que se haya completado el afilado de la broca y al reducirse el peso de la broca. El par máximo de bits se produce durante el afilado de bits debido a que la matriz de bits entra en contacto con la roca. Una disminución simultánea del torque y la tasa de penetración indica que la broca se está puliendo y necesita afilarse. El aumento del par debido al afilado solo debe ser un problema en la pérdida de circulación o cuando el afilado requiere restricción de agua. Los bits con diamantes grandes pueden caer o ralentizar las RPM al afilar. Si las RPM caen durante el afilado, entonces se debe usar una velocidad o velocidad menor para aumentar el torque disponible.

Dato útil

La disminución del torque y la tasa de penetración indica pulido de la broca.

El par de torsión máximo de la broca se produce durante el afilado. Sólo habrá que preocuparse si el par aumenta al restringir el agua o en la pérdida de circulación.

La fluctuación en el par, particularmente durante el afilado es causado por una roca inestable , fragmentación y / o insuficiente penetración en la roca. El peso en la broca debe ser mantenido para establecer la fracturación secundaria y el corte estable.

Si el cabezal se detienedurante de la operación normal, reduzca la velocidad para producir más par de torsión y mantener una rotación constante.

Los bits con diamantes grandes pueden soltar o detener RPM cuando afilado. Si las RPM caen durante el afilado, se debe usar un engranaje o velocidad más baja para aumentar el par disponible

Tasa de penetración

La velocidad de corte varía como resultado del peso en la broca, el filo, la composición de la broca y las condiciones del terreno. Las tasas de penetración típicas varían entre 2 ipm y 12 ipm dependiendo de la composición de la broca y la formación del terreno. A medida que las formaciones se vuelven más difíciles, la tasa de penetración debe reducirse para lograr una buena vida útil de la broca. En terrenos duros y extremadamente fragmentados, taladre a la mitad de las RPM y aplique peso suficiente para alcanzar de 1 a 2 ipm (3 a 5 cpm).

Dato útil

Las tasas de penetración varían desde 2 ipm (5 cpm) a 12 ipm (30 cpm) dependiendo de la broca y la formación del terreno.
y formación.

En terreno extremadamente fragmentado y duro opere a la mitad de RPM y aplique suficiente peso sobre la broca para
llegar a 1 a 2 ipm
.

La tasa de penetración para evitar el modo de pulido puede ser mayor en los bits de diamante grandes.

Flujo de agua

El flujo de fluido de perforación en el agujero de perforación sirve para muchos propósitos, incluido el enfriamiento esencial de los diamantes, la eliminación de los recortes y el logro de una buena vida útil de la broca. Las altas tasas de penetración requieren un flujo adicional para mantener los cortes fuera de la cara de la broca, al igual que las mayores tasas de rotación. No hay una tasa de flujo de agua máxima, aunque a velocidades de flujo altas, la broca se puede levantar de la superficie de la roca, lo que hace que se pula. Las brocas de corte libre obtienen la máxima vida útil y penetración con abundante agua.

Dato útil

Las altas tasas de penetración y / o rotación requieren flujo adicional.

No hay una tasa máxima de flujo de agua. A altas presiones, la broca puede levantarse de la superficie de la roca y hacer que se pula.

Las brocas de corte libre obtienen la máxima vida útil y penetración con abundante agua.

Las bombas de desplazamiento positivo típicamente usadas en los equipos de perforación bombean agua en proporción a la velocidad con la que giran; cuanto más rápido giran, más bombean. La cantidad de agua bombeada será casi la misma en un rango de presión muy grande y, por esta razón, la presión del agua no le dice al perforador nada sobre la cantidad de agua que fluye. Para que un perforador calcule el flujo de agua, debe medir las rpm del eje de la bomba de agua con un tacómetro, y luego comparar la velocidad medida del eje con la velocidad máxima indicada en la placa de identificación. Si la velocidad del eje es la mitad de la velocidad máxima, entonces el agua bombeada será la mitad del flujo indicado a la velocidad máxima. El otro método es desconectar la manguera de salida e insertarla en un cubo de 5 galones o 20 litros y medir el tiempo que tarda en llenarse. El índice de flujo es el tiempo en segundos dividido por 60 multiplicado por 5 galones o 20 litros.

Placa de características FMC LO918, velocidad máxima: 625 rpm Caudal de salida: 20,2 GPM rpm medidas de 240 rpm. El flujo de salida es igual a 240 rpm / 625 rpm X 20.2 GPM = 7.5 GPM.

Afilado

Afilado, también conocido como stripping, es el acto de acondicionar la broca para recuperar o mejorar la tasa de penetración. El afilado de la broca ocurre cuando se aplica suficiente peso para crear contacto entre la matriz de soporte y la roca. La fricción en la matriz lo quita y expone nuevos diamantes. El afilado es necesario cuando se conecta una broca nueva, si se ha seleccionado una broca demasiado baja para el tipo de roca o si se ha permitido que una broca impregnada se desacelere y se pula. El afilado activo debe hacerse sólo lo necesario porque reduce la vida útil de la broca.

Dato útil

Agregue WOB hasta que el par se eleve, una vez que la tasa de penetración aumente, reduzca el WOB para mantener la tasa de penetración deseada.

Reduzca las RPM a la mitad y espere hasta que el par y la tasa de penetración aumenten. Vuelva la velocidad al nivel de operación normal.

Si los puntos 1 y 2 son insuficientes (agujeros ascendentes, equipos de perforación poco potentes o una broca de serie demasiado baja), reduzca
las RPM a la mitad y reduzca el flujo de agua. Espere hasta que el par y la tasa de penetración aumenten. Vuelva
la velocidad y el flujo de agua a los niveles de operación normal.

Las brocas de diamante grandes tienen un aumento mayor en el torque en el afilado inicial. WOB debe mantenerse hasta que la tasa de penetración aumenta. Reduzca la WOB para mantener la tasa de penetración deseada una vez afilada.

Si se requiere un afilado frecuente, se debe seleccionar una composición de broca de serie más alta. Bajo ninguna circunstancia debe usarse ningún ácido para afilar una broca impregnada Boart Longyear ™. Además, Boart Longyear no recomienda cortar el flujo de agua durante la perforación y esperar a que la broca "muerda", ya que es un método de afilado debido a la posibilidad de quemar la broca.

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Chris Lambert

CONOZCA AL AUTOR Chris Lambert Chris Lambert tiene una licenciatura en ingeniería mecánica y ha estado con Boart Longyear desde 2008. Ha sido gerente de producto global de la compañía para herramientas de perforación, incluidas barras, herramientas dentro del pozo y brocas de diamante, desde 2012. Antes de eso, se desempeñó como gerente de ingeniería de productos de diamantes. Su carrera de 20 años en ingeniería y desarrollo de productos ha incluido materiales, hidráulica, bombas y motores diésel.

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