BROCAS

Prof. Adalberto

Brocas

Brocas

• A perfuração fácil é a cada dia mais escassa. Agora se perfura em topografias de difícil acesso, áreas com restrições urbanas e/ou ambientais.

• Os poços deixaram de ser teoricamente verticais (na realidade não existe um poço perfeitamente vertical) e se tornaram direcionais com complicadas geometrias.

Brocas

Brocas

• Já não se fala tão somente de se perfurar, mas também de se navegar pelo subsolo de forma a construir a trajetória de um poço para que alcance o objetivo predeterminado com êxito.

Evolução das brocas

E.L. Drake e a sonda usada para perfurar o poço em Titusville.Detalhe de brocas de percussão - 1859

Broca de arraste tipo peixe - 1863

história

Broca de dois cones patenteada porHoward Hugues en 1909

Brocas

Em 1910 Hughes patenteou aprimeira broca tricônica

Cristais de diamante sintético - 1953

Diamantes sintéticos enxertados - 1976

Brocas - 1978

Primeiras brocas PDC. Hastesinsertadas no corpo de aço dasbrocas com arranjo simples emespiral

Brocas 1994 - atual

A espessura da capa de diamantepode ser incrementada para darmais durabilidade ao cortador PDC.Primeiro plano: cortador TECMAX

Evolução•

As brocas impregnadas são uma versão moderna das brocas de diamantes naturais. Os cristais de diamante são impregnaods na matrix de carboneto de tungtênio de forma que novos critais são expostos a medida que a broca se desgasta pela ação de perfuração em formações abrasivas.

Seleção adequada das brocas

• • A evolução do desgaste das brocas previamente empregadas;

• • Os rendimentos obtidos nos poços vizinhos;• • Os registros geofísicos dos poços vizinhos e

do mesmo poço;• • Os dados sísmicos;• • Análises de compressibilidade das rochas;

Escolha das brocas

• • As propriedades dos fluidos de perfuração;• • As tabelas de informação geológica;• • Os catálogos de brocas;• • As tabelas comparativas das brocas;• • As classificações das brocas;• • Objetivos de perfuração para cada fase.

Conceito

• Broca é a ferramenta de corte localizada no extremo inferior da coluna de perfuração, a qual é utilizada para cortar ou triturar a formação durante o processo de perfuração.

Ataque da broca

• acunhamento, cisalhamento, esmerilhamento, esmagamento.

Brocas com partes móveis – broca de cones

• Inicialmente as ferramentas disponíveis para a perfuração rotativa eram as brocas de aletas tipo “Rabo de Peixe” e suas diversas variações.

• Estas ferramentas foram eventualmente substituídas por novos projetos de brocas de cones.

História

• A primeira broca de cones foi patenteada por Howard Hughes em 10 de agosto de 1909. Esta broca, com suas subseqüentes melhorias, permitiu que a perfuração rotativa competisse com o método de percussão em formações mais duras.

Percussão

• A perfuração a percussão segue, contudo, sendo utilizada para perfurar poços de água, de superfície e/ou aplicações especiais para poços de petróleo em determinadas áreas.

Desenvolvimento• O fator mais importante no projeto de brocas de

cones, a estrutura de corte, também se modificou em razão da evolução tecnológica.

• Variou desde cortadores formados por • dentes fresados no mesmo aço dos cones (1909);• dentes engrenados para autolimpeza da broca

(1925); • dentes de aço recobertos com metal duro (liga de

carboneto de tungstênio, 1928); • ao desenvolvimento de insertos de carboneto de

tungstênio para formações mais duras (1951).

Brocas

• Por outro lado, os rolamentos de cilindros e esferas das brocas de cones, introduzidos no ano 1932, também evoluíram.

Brocas

• A conservação do diâmetro do calibre das brocas é crítica em operações de perfuração.

• A incorporação de jatos às broca de cones (1948) ajudou a melhorar a limpeza do fundo do poço e da estrutura de corte.

Brocas

• Os projetos hidráulicos das brocas atuais incluem jatos dirigidos, estendidos, centrais e difusores, que contribuem ainda mais para a limpeza do fundo do poço e da estrutura de corte, assim como ao resfriamento da broca.

Brocas de cones

Figura 2 – Tipos diferentes de brocas de cones: tricônica de dentes de aço (altoà esquerda), tricônica de insertos (alto à direita), bicônica de insertos (em baixoà esquerda) e monocônica de insertos (em baixo à direita).

Características das brocas

• Dureza: Aumenta a resistência à fadiga.• Acabamento superficial: Aumenta a vida útil;• Forma: Deve apresentar concordância de

linhas.• Tensões internas: A laminação da broca pode

deixar pequenos defeitos que agravam a fadiga. Por isso é feito tratamento superficila para minimizar esses defeitos.

Características das brocas

• Corrosão: O furo central está sujeito à corrosão. Dois processos buscam evitar esse tipo de desgaste.– a) Introduzir tubo de aço inoxidável. – B) Fosfatizar a superfície.

Tipos de brocas

• Brocas integrais– Para atingir profundidades maiores é necessário

substituir as mais curtas pelas mais longas.

• Brocas de extensão– Podem ter o comprimento aumentado pela adição

de hastes.

Componentes da broca integral

• 1’

• 1 punho 4 - coroa• 2 colar 5 – Furo de limpeza• 3 haste

Coroa da broca integral

• Na coroa da broca é inserida a “pastilha” que por sua vez é constituída de um metal duro.

• Durante a operação ocorre desgasta da pastilha que deverá ser afiada.

Componentes broca de extensão

• Punho: transmite o movimento de percussão e de rotação. Tem em geral 500 mm de comprimento e possui rosca na extremidade inferior.

• Haste: Transfere os esforços recebido do punho para à coroa (componente da broca que perfura a rocha).

Componentes da broca de extensão

• Luva de acoplamento: faz a união entre o punho e a primeira haste e as hastes sucessivas.

• Coroa: Onde estão inseridas as “pastilhas” que efetuam a operação.

Punhos

• Existem punhos sextavados, do tipo Leyner (com redução de seção) e punhos com limpeza separada.

Roscas

A união entre punho e hastes sucessivas é feita através de roscas.

E essencial a lubrificação das roscas.

Hastes

• O conjunto de hastes trabalhando no solo eleva a temperatura.

• Por isso deve-se verificar se a energia ou velocidade de avanço é adequada.

Luvas

• Importante elemento de transmissão de forças.

• Devem ser acopladas de forma a evitar a transmissão de energia de impacto através das roscas.

CoroasRabo de Peixe (Fish Tail), foram as primeiras brocas a serem usadas na perfuração rotativa.

Rabo de Peixe

• Sua característica é a de perfurar por cisalhamento. Esse tipo de broca possui jatos os quais permitem uma boa limpeza das lâminas.

• O maior problema destas brocas é que a vida útil de sua estrutura cortante é muito curta, mesmo aplicando material mais duro nas lâminas.

Broca de diamante natural

Brocas de diamante

• O uso destas brocas é limitado, utilizado em casos especiais para perfurar formações muito duras e para cortar núcleos de formações com coroas de diamante natural, ou na aplicação de brocas desviadoras (Side Track) para desviar poços em formações muito duras e abrasivas.

TSP – Brocas de diamante termicamente estável

• Estas brocas são usadas para perfuração de rochas duras como calcário, arenitos finos e duros, entre outras. São um pouco mais usadas para perfuração convencional que as brocas de diamante natural.

Brocas PDC

Brocas PDC

• As brocas de PDC utilizam diamante sintético no formato de um compacto de diamante policristalino. Seus cortadores são na forma de pastilhas, montada nas aletas da broca, que podem ser de aço ou matriz. O que as diferencia das brocas de diamante natural e TSP, é seu desenho hidráulico que se realiza com sistema de jatos, similar às brocas de cones.

Brocas PDC

• O mecanismo de corte das brocas PDC é por cisalhamento. Por seu desenho hidráulico, seus cortadores em forma de pastilha e por seus bons resultados na perfuração rotativa, este tipo de broca tem sido muito usado na perfuração de poços de petróleo.

Brocas Impregnadas

• Broca impregnada é a evolução da broca de diamante. Elas possuem seus elementos de corte (cristais de diamante) impregnados na matriz de carboneto de tungstênio. Geralmente são utilizadas em ambientes de perfuração duros e abrasivos. Devido à pequena exposição,a impregnada necessita trabalhar a altas rotações para atingir taxas de penetração significativas.

Brocas Impregnadas

Brocas impregnadas

• Durante a perfuração, com o desgaste da broca novos cristais de diamantes impregnados na matriz se expõem continuamente ao ambiente de perfuração mantendo a estrutura de corte afiada.

Cuidados com a broca de extensão

• Quando perfurar com limpeza através do sopro de ar cuidar para que as roscas estejam engraxadas.

• Fazer rodízio de hastes.• Manter a mesma luva e hastes juntas.• Verificar diâmetro das hastes regularmente.

Descartar quando atingir o limite.

Cuidados com a broca de extensão

• Jamais bater nas hastes.• Usar gabarito adequada para verificar a

evolução do desgaste da coroa.• Afiar as coroas quando for o caso.• Não utilizar brocas com luvas soltas.Obs: Vida útil medida em metros perfurados.

Seleção de brocas

• a) Obter informações dos poços de prospecção: identificar o objetivo do poço,

• diâmetro do poço, dados do intervalo a perfurar, tipo de formação, geologia,

• litologia, condições e requerimentos especiais do poço, determinação de

• restrições e indicadores da perfuração.

Seleção de brocas

• b) Selecionar a estrutura de corte, corpo e perfil da broca: identificar o tipo, tamanho, densidade, distribuição e inclinação dos cortadores.

Seleção de brocas

• C) Elaborar análise econômica: identificar o gasto ou economia esperada com o uso deste tipo de broca com base no custo por metro perfurado e rentabilidade econômica

Seleçao de brocas

• d) Selecionar o desenho hidráulico: identificar a hidráulica ótima para perfurar, assim como o tipo fluido de controle usado, com base na limpeza do cascalho e no esfriamento da broca.

Referências

• Plácido, João Carlos Ribeiro Plácido e Pinho, Rodrigo - BROCAS DE PERFURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO – www.sladeshare.net acessado em 31/10/2011.

• Ricardo, Helio de Souza e Catalani, Guilherme – Manual prático de escavação – ed. Pini 3ª ed. São Paulo – 2007.