Brocas de

Perfurao E&P O mercado internacional de brocas

de perfurao no segmento de

explorao e produo de petrleo

Henrique Santana 74278 Trabalho Prtico #4

Princpios da Engenharia de Petrleo | Nov, 2010

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NDICE:

Histrico

Classificao

Estruturas Cortantes - Cortadores

Comparativo

Cisilhamento x Fraturamento x Esmerilhamento

A escolha da broca

Fornecimento

Especificaes

Referncias

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Histrico

A tcnica de perfurao por percusso para extrao de gua, sal e gs, foi utilizada na China,

no perodo de 1122 a 520 a.C. O sistema se baseava no princpio de alavanca, onde o tronco de

madeira era posicionado sobre uma forquilha de madeira cravada no solo. De um lado do tronco

amarrava-se uma corda, onde se pendurava a ferramenta de percusso, e de outro se aplicava a fora

propulsora humana.

O sistema evoluiu no ocidente para o chamado Spring Pole, onde se utilizava um tronco de

madeira verde apoiado numa forquilha, porem cravado no solo em uma das extremidades. Na

extremidade livre eram amarrados estribos para a trao humana, juntamente com a corda e

ferramenta de percusso. A vantagem desse sistema sobre o anterior foi a utilizao da energia

potencial elstica da viga submetida a um carregamento alternado de flexo, durante o processo de

percusso da ferramenta no fundo do poo. [1]

Mais tarde o incio e a sustentao do processo de busca com crescente afirmao do produto

na sociedade moderna datam de 1859, quando foi iniciada a explorao comercial nos Estados

Unidos, logo aps a clebre descoberta do Cel. Drake, em Tittusville, Pensilvnia, com um poo de

apenas 21 metros de profundidade perfurado com um sistema de percusso movido a vapor, que

produziu por dia 2 m3/dia de leo. Descobriu-se que a destilao do petrleo resultava em produtos

que substituam, com grande margem de lucro, o querosene obtido a partir do carvo e leo de

baleia, que eram largamente utilizados para iluminao. Estes fatos marcaram o incio da era do

petrleo.

At o final do sculo passado os poos se multiplicaram e a perfurao com o mtodo de

percusso viveu o seu perodo ureo. Neste mesmo perodo, entretanto, comea a ser desenvolvido o

processo rotativo de perfurao. Em 1900, no Texas, o americano Anthony Lucas, utilizando o

processo rotativo, encontrou leo a uma profundidade de 354 metros. Este evento foi considerado

um marco importante na perfurao rotativa e na histria do petrleo.

Nos anos seguintes a perfurao rotativa se desenvolve e progressivamente substitui a

perfurao pelo mtodo de percusso. A melhoria dos projetos e da qualidade do ao, os novos

projetos de broca e as novas tcnicas de perfurao possibilitam a perfurao de poos com mais de

10.000 metros de profundidade [2].

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Classificao

Uma das atividades mais caras, seno a mais cara de todo o processo da cadeia produtiva da

indstria petrolfera, a perfurao de um poo de petrleo algo que demanda investimentos

volumosos, um tempo curto, e uma chance de sucesso quase que de 50%, no melhor dos casos, diga-

se de passagem.

Nesse contexto de riscos, e altos investimentos para a perfurao de um poo de petrleo, a

broca de perfurao pea alm de fundamental, deve ser muito bem escolhida na fase da

perfurao, pois h tipos diferentes de brocas, para ocasies diferentes e para perfurar diferentes

camadas rochosas.

A seguir vamos entender melhor como funciona esse equipamento to importante da

perfurao.

As brocas tm por objetivo, promover a ruptura e desagregao das formaes rochosas, sendo

necessrio para isso um estudo considerando sua economicidade, e seu desempenho.

As brocas so divididas em dois tipos bsicos: brocas sem partes mveis e com partes mveis.

Brocas sem partes mveis: um tipo de broca que por no possuir partes mveis e rolamentos,

diminui a possibilidade de falha, conforme a figura 01 a baixo.

o

Figura 01 Broca sem partes mveis

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o Broca integral de lmina de ao Conhecidas como rabo de peixe (fish tail). Foram as

primeiras a serem utilizadas na perfurao, perfuram por cisalhamento e sua estrutura

cortante possui vida til muito curta e praticamente no so mais utilizadas.

o Brocas de diamantes naturais Perfuram por esmerilhamento, e antigamente eram usadas

em formaes que a fish tail no conseguia perfurar (a a necessidade de estudar qual

broca tem melhor desempenho em determinada camada). Hoje so usadas em

testemunhagem e em formaes extremamente duras e abrasivas. As brocas com

estrutura cortante de diamantes naturais constam de um grande nmero de diamantes

industrializados fixados em uma matriz metlica especial.

o Brocas PDC (Pollycrystalline Diamond Compact) - no final da dcada de 70 foram lanadas

as brocas de diamantes sintticos (diamantes artificiais). A estrutura de corte formada

por pastilhas ou compactos montados sobre bases cilndricas, instaladas no corpo da

broca. Perfuram por cisalhamento, por promoverem um efeito de cunha, a pastilha

composta por uma camada fina de partculas de diamantes aglutinados com cobalto,

fixada a outra camada composta por carbureto de tungstnio. As brocas PDC foram

introduzidas para perfurar formaes moles com altas taxas de penetrao e maior vida

til, em formaes duras o calor gerado durante a perfurao destri a ligao entre os

diamantes e o cobalto. Mais a frente foram ento desenvolvidos os compactos TSP

(Thermally Stable Pollycrystalline) que por no possurem cobalto, resistem mais ao calor.

Brocas com partes mveis Possuem estruturas cortantes e rolamentos, podem ter de um a

quatro cones, sendo as mais utilizadas as tricnicas pela sua eficincia e menor custo inicial em

relao s demais. Na figura 02 temos modelos de brocas com partes mveis. [3]

Figura 02 Broca com partes mveis

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Estruturas Cortantes - Cortadores

Estrutura cortante Os elementos que compem a estrutura cortante so fileiras de dentes

montados sobre o cone que se interpe entre a fileira dos dentes dos cones adjacentes, quando se

aplica rotao broca.

Quanto estrutura cortante, so divididas em: Brocas de dentes de aos e Brocas de insertos.

A ao da estrutura cortante das brocas tricnicas envolve a combinao de aes de

raspagem, lascamento, esmagamento e eroso por impacto dos jatos de lama.

Nas brocas projetadas para rochas moles o efeito de raspagem predominante, em rochas

duras onde a taxa de penetrao baixa e os custos de perfurao tendem a ser altos, o mecanismo

de esmagamento provou ser o mais adequado. [3]

Comparativo

Abaixo teremos um quadro comparativo com as principais caractersticas das brocas: [4]

DRAGA DIAMANTE PDC TRICONE

(dentes ao) TRICONE (insertos)

Partes mveis No No No Sim Sim

Tipo de corte Raspa Esmerilha Raspa Arranca Esmaga

Formao Mole Mdia/dura Mole/dura Mole/dura Mdia/dura

Cisilhamento x Fraturamento x Esmerilhamento

Para cada rocha ou grupo de rochas existe um tipo de broca adequado, pois com base nas

propriedades fsicas das formaes existentes que as brocas so projetadas e construdas. Ento,

imprescindvel o prvio conhecimento das formaes a serem perfuradas, para que se possa escolher

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a broca de desenho mais compatvel com o tipo de rocha, cuja destruio promovida pelos dentes

da broca de trs maneiras diferentes.

Cisalhamento - a broca produz a raspagem das rochas, que aliada a uma toro, saca o material

raspado, removendo-o da rea de ao do dente. O efeito maior em rochas moles, diminuindo com

o aumento da dureza, at que no mais ocorre em rochas duras. Para a produo deste efeito, o eixo

dos cones, sobre os quais os dentes esto montados, no passa pelo centro da broca.

Fraturamento - a broca trabalha provocando o efeito de fratura nas rochas, que aliado tambm

a toro, limpa o material fraturado. As brocas para rochas duras produzem este efeito e, neste caso,

os eixos das superfcies cnicas, tendem a coincidir com o centro da broca.

Esmerilhamento - O efeito da broca, causado na rocha, de abraso e por isto requer uma

superfcie de contato recoberta por um material mais duro que a rocha. As brocas de diamante so

exemplo deste tipo de broca e so usadas para formaes muito duras ou abrasivas.

Pelo modo de ao das brocas, conclui-se que para formaes duras, os dentes devem ser

fortes (base maior que altura) e numerosos na montagem sobre os cones, no sendo necessrio que

sejam afiados, pois a penetrao se d por efeito pela compresso exercida. Inversamente, para

rochas brandas, os dentes devem ser longos, espaados e afiados, permitindo maior penetrao na

rocha e maior eficincia, sem a necessidade de muito peso.

Como as caractersticas das rochas so variadas, compreensvel que existam brocas de

durezas intermedirias, que combinam os desenhos mencionados de acordo com os tipos de

formao. Cada fabricante apresenta vrios tipos de brocas para atender a todas as necessidades. [5]

A escolha da broca

A seleo correta da ferramenta a ser utilizada, habilita o operador a produzir um trabalho

racional, que lhe permita, no final, auferir lucro, dentro das condies do equipamento disponvel.

Todavia, tal seleo, at certo ponto, tem sido feita de modo quase aleatrio.

Visando melhorar a sistemtica de definio da broca, deve-se analisar as seguintes

informaes: o desenho da broca, as brocas usadas, o perfil geolgico de poos vizinhos e as

correlaes entre o comportamento da broca, as condies geolgicas e a execuo da operao de

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perfurao. Destes fatores, o mais significativo so as brocas usadas, pois os seus aspectos podem

traduzir as condies operacionais a que estiveram sujeitas, permitindo a correo na prxima broca.

O comportamento de uma broca medido pela sua velocidade de penetrao e pela metragem

total obtida, sendo a sua vida til determinada por uma ou mais das seguintes ocorrncias:

o Os dentes se gastam, no permitindo a sua atuao na rocha;

o As laterais se desgastam, reduzindo o dimetro da broca, produzindo um poo menor,

podendo acarretar a priso da broca seguinte;

o Os rolamentos da broca se gastam, podendo resultar na queda dos cones no fundo do

poo;

o Os pinos se partem ou se deformam, pelo efeito continuado do excesso de peso aplicado

sobre a broca, dureza da rocha e condies abrasivas da lama de perfurao. [1]

Fornecimento

Segue abaixo uma relao de empresas que so fabricantes e fornecedoras de brocas de

perfurao:

o Baker Hugher - http://www.bakerhughes.com/

o KS Bit - http://ksbit.com/

o Smith International (Schlumberger) - http://www.smith.com/

o NOV (National Oilwell Varco) - http://www.nov.com/

Especificaes

Teremos a seguir alguns exemplos de especificaes e dados tcnicos sobre brocas:

Especificaes: Os dados informados tero caracteristicas de Tolerncias, Bicos e Torques. [6]

http://www.bakerhughes.com/http://ksbit.com/http://www.smith.com/

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o TOLERNCIAS:

o BICOS

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o TORQUE

Referncias

[1] Unicamp

http://146.164.33.61/ambiental/Apostila%20de

%20perfura%E7%E3o.pdf

[2] Fundamento de Engenharia de Petrleo

Jos Eduardo Thomas, organizador, Rio de

Janeiro, Intercincia: Petrobras, 2001

[3] Unipeg

http://unipeg1.blogspot.com/2010/09/brocas-

de-perfuracao-de-pocos-de.html

[4] Apostila do curso de engenharia de petrleo

da UNISANTA

Matria: Princpios da engenharia de Petrleo,

Capitulo IV, perfurao

[5] Coopetroleo

http://www.coopetroleo.com.br/pagua03.htm

[6] Brochura da Baker Hugher

http://www.bakerhughes.com/

Observao geral: Algumas citaes em

referncia foram resumidas e interpretadas de

acordo com o critrio estabelecido pelo autor do

material.

http://146.164.33.61/ambiental/Apostila%20de%20perfura%E7%E3o.pdfhttp://146.164.33.61/ambiental/Apostila%20de%20perfura%E7%E3o.pdfhttp://joseduardothomas/organizador/RiodeJaneiro/Intercincia:Petrobras,2001/http://joseduardothomas/organizador/RiodeJaneiro/Intercincia:Petrobras,2001/http://unipeg1.blogspot.com/2010/09/brocas-de-perfuracao-de-pocos-de.htmlhttp://unipeg1.blogspot.com/2010/09/brocas-de-perfuracao-de-pocos-de.htmlhttp://www.coopetroleo.com.br/pagua03.htmhttp://www.bakerhughes.com/