PDC Bits

 

Trépanos PDC

© Baker Hughes Inc. 2003

 

Estructura de Corte de Diamante

Diamante Natural

PDC

Fundamentos de Trépanos de Perforación

Impregnado

 

Estructura del Trépano PDC

Conexión API Shank Ranura de Identificación Chaflán de la Corona 

Pad del Calibre

Ranura del Plato de Ajuste Soldadura Blank Cuerpo del Trépano con Matriz

Boquilla Cortadores Fundamentos de Trépanos de Perforación

 

Vista Frontal de un Trépano PDC

 Aleta Canal de Limpieza Cortadores

Fundamentos de Trépanos de Perforación

Boquilla

 

Cuerpo con Matriz de Carburo de Tungsteno 



Polvo de matriz de carburo de tungsteno con aleación de metal como aglutinante Muy resistente a la erosión y a la abrasión

Fundamentos de Trépanos de Perforación

 

Agregado de Cortadores PDC

  

Se suelda a baja temperatura Se une solo al sustrato PDC La clave está en la técnica

Fundamentos de Trépanos de Perforación

 

El Proceso de Soldadura 



Se aplica calor, fundente y soldadura al bolsillo del cortador  Se forma una fina capa de aleación entre el PDC y el bolsillo del cortador 

Fundamentos de Trépanos de Perforación

 

Cuerpo de Acero 

Fundamentos de Trépanos de Perforación

Diseño de dos piezas

 

Aplicación de Material Duro (Hardfacing)

 Aplicación de proceso material de duro macroscópico mediante oxiacetileno Fundamentos de Trépanos de Perforación

 

Blank de Acero (Estructura de Sostén)   

“Esqueleto” de acero del trépano 

Se utiliza para sujetar el shank  Acero blando y dúctil (1018)

Fundamentos de Trépanos de Perforación

 

Shank 

 Acero de alto porcentaje de ale aleación ación tratado térmicamente (4140)



Conexión API Regular 



Ranuras del Plato de Ajuste



Ranuras de Identificación

Fundamentos de Trépanos de Perforación

 

PDC - Compacto de Diamante Policristalino

Tabla de Diamante Sustrato de Borde biselado a 45º

Carburo de Tungsteno

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Fabricación del Cortador PDC

  

Diamante sintético fabricado con anterioridad Sustrato de carburo de tungsteno fabricado con anterioridad Proceso de Alta Temperatura y Presión (HTHP)

Fundamentos de Trépanos de Perforación

Fotos cortesía de US Synthetic

 

Tamaños de los Cortadores PDC 0.866” (22 mm) 

Smith

0.750” (19 mm) 

HCC, Smith, SecDBS, Hycalog

0.625” (16 mm) 

HCC, Smith, SecDBS, Hycalog

0.529” (13.3 mm) 

HCC, Smith, SecDBS, Hycalog

0.323” (8.2 mm) 

HCC, Smith, SecDBS, Hycalog

0.25” (6 mm) 

Smith

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Tamaño de cortador PDC vs. Tamaño de trépano Sólido  Preferido

Liviano  Aceptable Aceptable

C. de 3/8” (8 mm)  

Cortador de 1/2” (13 mm)  Cortador de 5/8” (16 mm)  Cortador de 3/4” (19 mm)  14¾” 

Rango de Tamaños de Trépanos

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Propiedades de los Cortadores PDC 

Tabla de Diamante 



Interfaz Diamante/Carburo 



Resistencia a la abrasión y al impacto

Resistencia al impacto

Geometría del Borde 

Resistencia al impacto

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Cortadores Pulidos  

Característica Estándar  Bajo Coeficiente de Fricción 

PDC Convencional 



PDC Pulido 



Efecto pastilla de freno Efecto hielo sobre hielo

Patente de Hughes Christensen DEMO

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Cortadores Pulidos

Borde de acumulación

Cortador Pulido

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Test SPC (piedras por quilate)

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Cortadores PDC Genesis Estándar  Aplicación Cortador

F. Dominante: Impacto

Factor Dominante: Abrasión

Modesto

Hawk

 Alba

Barracuda

Piranha

Eagle

13, 19

19

8, 13, 19

16, 19

13, 16, 19

13, 19

½, ¾

¾

⅜, ½, ¾  ⅝, ¾ 

½, ⅝, ¾

½, ¾

Interfaz

Tamaño (mm) Cortador

(pulg.)

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Genesis XT 

  Línea de Cortadores Zenith  

Mayor resistencia a la abrasión Mejora en la Mecánica de Corte

Cortador Tamaños

Barracuda Z

Piranha Z

Eagle Z

16, 19

13, 16, 19

13, 19

⅝, ¾ 

½, ⅝, ¾ 

½, ¾

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Desarrollo de la Tecnología de Cortadores Ensayo de Molino de Laboratorio Los cortadores de la línea Zenith son cuatro veces más resistentes a la abrasión que los PDC anteriores Lí nea Zen ith G ene sis XT 

   l   a   a   v    i    t   a   e    l   e   t    R  s   a   a   g    i   c   s   e   n   D   e    t   s    i   s   e    R

Genesis  2003 

Genesis  2002  Genesis  2001  Black Diamond  Lí n ea G o ld 

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Resistencia a la Fractura vs. Resistencia al Desgaste Abrasivo

  a   r   o    j   e    M

  a    t   r   u   c   a   r    f   a    l   a   a    i   c   n    t   e   s    i   s   e    R

Hawk Modesto

Barracuda Piranha Eagle  Alba

Cortadores Línea Zenith

Mejora

Resistencia al Desgaste Abrasivo

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Mecánica Básica de Corte

PDC (Corte)

Tricono (Trituración)

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Orientación del Cortador- Rastrillaje (Back Rake)

15º  

20º

30º

Determina la agresividad del cortador  Cuando menor sea el rastrillaje más agresivo será el corte

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Orientación del Cortador – Orientación Lateral (Side Rake) Centro del Trépano

Calibre

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Perfil del Trépano PDC

Hombro

Cono  

Nariz

El perfil se emplea para optimizar el rendimiento del trépano El objetivo es optimizar la estabilización del trépano y el desgaste

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Revisión

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Vibración del Trépano • Bit Bounce  – Vibración Axial • Stick-Slip  – Vibración Torsional orsiona l

• Bit Whirl  – Vibración Lateral  – La resistencia al remolino se  – denomina “estabilidad lateral” 

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Vibración Lateral Modelada por Computadora

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Cómo determinar si un trépano desgastado estuvo sometido a Vib Lat

Cortadores Fractur Fracturados ados

Calibre redondeado

Pad del Calibre con desgaste dispar

Marcas

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Componentes Vibracion Lateral 

Estabilidad Primaria 

La tendencia de una broca para perforar  “smoothly” ( Disposicion de Cortadores) 



Estabilidad Secundaria 

La magnitud de la vibracion cuando es inestable ( Manejo de “Chordal Drop” & Extra Features) 

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Disposición de los Cortadores (Componente Primario de Estabilidad Lateral)

Espiral

Posición Radial Única

Bajo Desbalance

Alto Desbalance

 Acanaladura Bajo Desbalance

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Bajo Desbalance - Posición Radial Única - Espiral

 



El espiral comienza a partir del eje geométrico del trépano Cada cortador tiene su propia posición radial (Posición Radial Única) Bajo Desbalance

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Diseño de Bajo Desbalance

 

Porcentaje del WOB Lineamientos del Diseño:  

Menos del 7% Generalmente 2% - 5%

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Alto Desbalance – Posición Radial Única - Espiral

Zona de Baja Fricción

Fuerza Resultante



 

Dispuesto de manera tal que se genere una fuerza de alto desbalance  Antes conocida como “Anti-remolino” (Anti-Whirl) Se genera una “zona de baja fricción” 

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Zona de Baja Fricción



Cortadores más pequeños en la parte superior del hombro

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Zona de Baja Fricción

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Disposición con Acanaladuras

 



 Adaptación especial de la disposición disposición en espiral Los cortadores en las aletas secundarias poseen la misma posición radial que los correspondientes en las aletas primarias Bajo Desbalance

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Acanaladuras ... ¿Cómo funcionan?  

Rozamiento de los cortadores de respaldo Profundas acanaladuras (surcos) limitan el movimiento lateral

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

¿Por qué se deben emplear diferentes disposiciones de cortadores? Para combatir el remolino del trépano (vibración)

 Acanaladuras

Bajo Desbalance

Fortalezas

Fortalezas • •

El más eficiente Durable

• •

Debilidades •

No se autoestabiliza

 Alto Desbalance

Durable Levemente Leveme nte autoestabilizante

Fortalezas • •

Debilidades

Debilidades •

Menos Eficiente

Eficiente El que mejor se autoestabiliza

•

Durabilidad del Hombro

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Manejo del Chordal Drop (Componente Secundario de Estabilidad Lateral)

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Manejo del Chordal Drop (Componente Secundario de Estabilidad Lateral)

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Manejo del Chordal Drop

Pre-Genesis

Genesis with chordal drop management

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Opciones de Estabilidad (Componente Secundario de Estabilidad Lateral)

LMM

Nudo de Desgaste Nube de Desgaste

Estándar

Opcional

BRUTE

Opcional

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Mitigador del Movimiento Lateral (LMM)



Ofrece una superficie que limita el movimiento lateral cuando se produce remolino en el trépano 



Reduce la severidad de la vibración Protege a los cortadores del impacto No LMM

With LMM

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Nudos de Desgaste / Nubes de Desgaste Nudo de Desgaste



Nube de Desgaste

Superficie de contacto que limita el movimiento lateral cuando se produce remolino en el trépano 

Reduce la severidad de la vibración



Protege a los cortadores del impacto

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Insertos BRUTE en el Hombro Backups that are Radially Unaggressive and Tangentially Efficient



Superficie de contacto que limita el movimiento lateral cuando se produce remolino en el trépano  

Reduce la severidad de la vibración Protege a los cortadores del impacto

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Insertos BRUTE en el Cono Backups that are Radially Unaggressive and Tangentially Efficient



Ofrece una superficie de contacto que limita la profundidad de corte para obtener mayor direccionabilidad (Concepto de reducción de exposición)  

 Aumento en la durabilidad durabilidad Característica de exposición reducida que es reparable

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Diseño Hidráulico 



Remoción de Recortes (“Limpieza”)   Máxima ROP sin embolamiento

Enfriamiento de los Cortadores 

Mantiene la velocidad del fluido de perforación dentro de un rango aceptable en la cara de cada cortador 

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Dinámica Computacional de Fluidos Maximizar la ROP 

 

Minimizar el tiempo de residencia partículas de las Flujo balanceado Minimizar la re-circulación

Minimizar la Erosión 

Controlar la velocidad del fluido

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Simulación del Tiempo de Residencia de las Partículas

Mala evacuación  – los recortes son forzados hacia el centro del trépano

Buena evacuación de los recortes

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Flujo Balanceado Orientación Original de la Boquilla

Orientación Optimizada Comparación de caudales 

Comparación de caudales 

  s   e 2.5     t   r 2.0    o   c   e    R 1.5     %    /    l 1.0    a    d 0.5    u   a    C 0.0     %

  s   e 1.4     t   r 1.2    o   c   e 1.0     R    %0.8     /    l   a    d 0.6    u   a    C0.4     % 0.2 

-0.5  -1.0 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

Canal de limpieza Nº 

Caudal Inverso

0.0 

1 

2 

3 

4 

5 

Canal de limpieza Nº 

6 

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Optimización mediante CFD –  Resultados de Laboratorio HC406 de 8¾” 

E0369 3.5 

E0430

Comparación de Caudales  E0369 

  s 3.0    e    t   r 2.5    o   c   e 2.0     R      %    / 1.5     l   a    d 1.0    u   a    C   0.5     %

E0430 

0.0  -0.5 

1 

2 

3 

4 

5 

Canal de Limpieza Nº 

6 

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Resultados del Simulador: HC406 de 8¾”

E0369

ROP Máx de 270 pies/hr  Embolamiento y caída a 200 pies/hr 

E0430

ROP Máx de 290 pies/hr* ROP en el campo concuerda con resultado de laboratorio

Límite del Simulador 

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Aplicación de Hidráulica Especial

 

 

Formaciones muy blandas Embolamiento de trépano global Baja hidráulica Diseños de 3 ó 4 aletas

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Hidráulica de Impacto Inverso

Cuttings Peeling / Slot Cleaning Nozzle del Junk cuerpo del trépano para que los recortes no Nozzle Impact Point tengan superficie donde adherirse. Impacta a los recortes desde atrás apuntando a su eje de menor  resistencia.

RearElimina Impact el Hydraulics material 





Provee gran volumen complicaciones hacia el deespacio cara (face anular. volume) y una transición sin

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Tecnología Direccional Tecnología EZSteer™ que controla la Nudos de Desgaste

Profundidad de Corte

Opcionales para protección contra impacto

Optimizada mediante el Proceso de Revisión de la Aplicación del Diseño

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Tecnología EZSteer™ para controlar la DOC La superficie de contacto en el cono toca el fondo del pozo y soporta el WOB extra

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

EZSteer™ - Su funcionamiento Torque de Perforación vs. Peso sobre el Trépano   Diversos Trépanos de 8-1/2"   3,000 

PDC Estándar 

   )    b    l     s   e    i

2,500 

   (   p   o   v    i    t   c   a   e    R   e   u   q   r   o    T

2,000 

Genesis HCM PDC 

1,500 

1,000 

Tricono  500  0  0 

4,000 

8,000 

12,000 

16,000 

20,000 

24,000 

28,000 

Peso sobre el Trépano (lb)   

HCM PDC con EZSteer logra una mejor respuesta torque/peso La fluctuación del WOB en fondo de pozo es absorbida sin que el motor se atasque

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

EZSteer™ - Su funcionamiento

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Calibre

Gauge Cutter  

Sección estabilizadora del trépano

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Calibre de Matriz

  

Diamantes naturales redondeados o cúbicos Plaquitas de carburo de tungsteno TSP (diamante policristalino térmicamente estable)

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Calibre con Cuerpo de Acero

PDC en el Calibre Compactos TCI Cortadores PDC

Calibre Estándar

Calibre de categoría Superior

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Longitudes Normalizadas de Calibre

Rango de

Largo

Tamaños de Trépanos

Estándar del Calibre

≤ 5.000

2.0 pul.

5.001  – 9.000

2.5 pul.

9.001  – 13.000

3.0 pul.

13.001  – 18.000

3.5 pul.

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Diseño de Calibre Estándar 25/1000” 



Los pads del calibre se colocan a 0.025” por debajo

del radio del trépano

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Opción de Calibre Corto



El largo del calibre es menor que el estándar   Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Opción de Cortadores PDC en el Calibre

  

Cortadores PDC en el calibre Colocados a la misma altura en el borde de ataque Durabilidad extra para aplicaciones que desgastan

un calibre TCI/ND en forma prematura Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Calibre en Espiral





Se usa principalmente en diseños con bajo número de aletas (menos de 5)

Se del usa pozopara aumentar el área de contacto con las paredes Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Opciones de Updrill

Diamante Natural

PDC

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Nomenclatura para la Línea Genesis HC R/M X XX S Z Línea de Productos Tipo Direccional

Nº de Cuerpo Cortadores  Aletas de Acero Zenith

(R = Direccional Rotario) Tamaño del Cortador  Cort ador  (M = Direccional con Motor) (en octavos de pulgada)

Ejemplo: HC607



“HC” – “HC”  – Línea de Productos



Genesis  Genesis  “6” – “6”  – Tamaño de cortador de ¾”

Product Line



(19mm) “07” - 7 aletas

Fundamentos de Trépanos de Perforación  

Ejercicio