Brocas

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

PERFORACIÓN I

Nombre: Paúl Muso                                                        Fecha: 20 – 12 – 2013

Carrera: Petróleos

Ejercicios Capítulo 5

5.1. List the two main types of bits in use today. Also list two subclassification of each basic bit type and discuss the condition considered ideal for the aplication of each subclassification give.

Principales tipos de Brocas:

• Brocas de Arrastre
• Rolling Cutter

Brocas de Arrastre

Sub-clasificación

• Fishtail.- Este tipo de brocas se las utiliza en formaciones suaves , no consolidadas   ya que su rendimiento es el mejor con respecto a atrás brocas

• Diamante Natural.- Estos tipos de brocas se las utiliza  en formaciones no frágiles que tienen un modo plástico de falla para las condiciones de esfuerzo presentes en la parte inferior del agujero.

Rolling Cutter

Sub-clasificación

• Diente de acero (diente blanqueado).- Son utilizadas según sus características  como de dientes largos para formaciones blandas y de dientes más cortos para formaciones más duras
• Carburo de dientes (Inserto de carburo de tungsteno).- Se las utiliza en las rocas duras porque tiene una larga vida en estas estructuras, pero posees características especiales como inserciones Hemisférica para rocas muy duras e inserciones más grandes y puntiagudos para roca más suave.

5.2. Discuss how cone offset, tooth height and number of teeth differ between soft and hard formation rolling cutter bit.

 Cone Offset.- Ángulo de desplazamiento del cono varía desde alrededor de 4 para las brocas usadas ​​en formaciones blandas y de   cero para las brocas usados ​​en formaciones muy duras

Tooth height.- Las brocas con dientes largos son utilizadas  para formaciones blandas y para las formaciones  más  duras las dientes  de una longitud corta.

5.3 List five basic mechanisms of rock removal that are employed in the design of bits.

• Wedging.
• Scraping and Grinding.
• Erosion by fluid jet action.
• Percussion or Crushing.
• Torsión or Twisting.

5.4. Discuta el mecanismo primario de remoción de rocas usado en el diseño de brocas de arrastre

El principio de funcionamiento de las brocas de arrastre o drag bits se basa en el arado de la formación que se está perforando, es un proceso similar al que realiza en superficie un granjero. La broca que estará diseñada de diferente manera dependiendo de por ejemplo la forma de las hojas de corte, los cursos de los fluidos, de los recolectores de basura, etc., a pesar de esto, todas las brocas de arrastre se basan en el principio de girar y generar un corte, y los cortes generados serán desplazados por lugares específicos dentro del diseño de la broca llamados junk slots.

5.5. Discuss the primary mechanism of rock removal used in the design of hard formation Rolling cutter bits.

El mecanismo principal de remoción en las Rolling cutter bits es el aplastante o percusión el cual se aplica tanto en formaciones duras y suaves, sin embargo tiene una considerable importancia económica en formaciones frágiles en las cuales el costo de perforación suele ser muy alto.

5.6. A rock simple is placed in a strength-testing machine at atmospheric pressure and compressed axially to failure. A force of 12,000 lbf was required for rock failure, and the cross-sectional  area  of the sample was 2.0 sq in. The sample failed along a plane that makes a 35° angle with the direction of the compressional loading.

a. Construct Mohr´s circle using the two principal stresses present.

b. Compute the shear stress present along the plane of failure.

c. Compute the normal stress to the plane of failure.

d. Compute the angle of interval friction .

e. Compute the cohesive resistance  of the material.

f. Label the parameters  computed in the previous four steps on the  Mohr´s circle construction. Using the Mohr criterion, compute the  compressional  force  required for rock failure if the  sample is placed under a 5,000-psi confining pressure.

DATOS:

[pic 1]

[pic 2]

[pic 3]

[pic 4]

SOLUCIÓN:

1. Círculo de Mohr

[pic 5]

b)[pic 6]

[pic 7]

c) [pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

d) [pic 11]

e) [pic 12]

[pic 13]

f) De acuerdo al gráfico la fuerza compresional requerida es ±16000 psi.

5.7. Discuss how the mode of failure beneath the tooth of a Rolling cutter bit changes as overbalance increases.

Para estudiar el comportamiento de falla de la roca debajo de la broca cuando se está operando se utilizó un mecanismo en el que Maurer encontró lo siguiente: el mecanismo de cráter dependiendo del grado de la presión diferencial entre la presión del pozo y la presión de poro. Un bajo valor de presión diferencial hace que los recortes salgan expulsados del cráter, mientras que altos valores de presión diferencial la roca se deforma de manera plástica y no todo el material sale expulsado.

5.8. List seven rules of thumb of bit selection. What is the best basis of comparison when trying to choose between two different bit types?

Las 7 reglas de oro para la selección de brocas son:

• Usar las cartas IADC para conocer el tipo de broca que se debe utilizar dependiendo de la dureza de la formación.
• El tipo de broca inicial y características seleccionadas deberían ser gobernadas por las consideraciones de costos.
• Las brocas tri-cónicas son las más versátiles para secciones superficiales del pozo.
• Cuando se use una broca giratoria: usar el tamaño adecuado de dientes.
• Brocas de arrastre de diamante se desempeñan mejor en formaciones no quebradizas.
• Brocas PDC se desempeñan mejor en secciones uniformes de carbonatos o evaporitas.
• Brocas PDC no deberían ser usadas en formaciones pegajosas.

El mejor criterio para comparar el desempeño de dos brocas es el costo de perforación por pie.

5.9. The bit type currently used to drill a given tomation consiistely yields a drilling cost of about $50/ft. You are sending a new experiment bit type to the field for evaluation in this formation.

The new bit is expected to have a bit life of about 150 hours as compared with the usual bit life of 15 hours. The new bit costs $10000 and the operating cost of the drilling operation is $750/hr. Trip time is approximately 10 hours for the depth of interest

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