Remoção de cascalho

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Remoção de cascalhos de
debaixo
da broca
No processo de perfuração rotativo a superfície da rocha é esmagada pela broca de
perfuração.
A fim de proporcionar ainda mais trituração e progressos, os cascalhos devem ser 
removidas de imediato e de forma eficiente a partir da superfície da rocha.
1- Processo de remoção de cascalhos
• Para este fim, duas formas de energia é apresentado a partir da
superfície para a superfície da rocha, ilustrado na Figura 1 .
- Energia mecânica
- Energia hidráulica
Fig. 1- Energia atuantes na broca
• Uma vez na superfície da rocha, a energia deve ser aplicada de uma
maneira óptimizada:
• A energia mecânica é responsável pelo processo de esmagamento de
rocha:
• E a energia hidráulica é aplicada com a finalidade remoção do 
cascalhos.
1- Processo de remoção de cascalhos
• Durante a perfuração em formações baixa e médios dureza, os dois tipos de 
energia desempenham um importante parte de esmagamento de rocha e 
remoção de rochas.
• Várias investigações demonstraram que a taxa de perfuração é aumentada 
significativamente com o aumento da energia hidráulica, expresso como potência 
hidráulica, força de impacto do jato ou a velocidade do jato através dos bicos das 
brocas.
• As opiniões variam a quem diz que quantidade hidráulico tem o maior efeito
sobre a taxa de perfuração.
1- Processo de remoção de cascalhos
• Os métodos de concepção do programa hidráulico pode ser dividida em dois 
grupos:
1. Determinar o nível de energia necessário a limpeza do fundo do poço, a fim de 
equilibrar o nível de energia mecânica.
2. Maximizar critério de estimativa, por exemplo, força de impacto do jato.
1- Processo de remoção de cascalhos
• Quando o fluido a partir de um bico colide com o fundo do poço, que se afasta do ponto de 
impacto em 360 °, semelhante a um leque, de pulverização. Forma-se um limite em que os fluidos 
de dois jatos diferentes se encontram.
• Fluidos nessas fronteiras criam zonas estagnação conhecidos como zonas mortas. No caso de uma 
configuração de bico simétrica, zonas mortas ocorrer sob a parte do meio de configurações de 
bocal assimétricos do cone;
• Zonas mortas são movidos para longe da zona de impacto do jato e maior para que o jato menor
(isto é, para longe do centro do cone).
• Os fluxos assimétricos resistem aprisionamento os cascalhos sob um pouco e ajudar a prevenir as 
ineficiências de material reciclado, ROPs inferiores e desgaste erosivo na broca. FIG. 2mostra 
padrões de fluxo típicas
1- Processo de remoção de cascalhos
O fluxo cruzado é um subconjunto de dimensionamento bico assimétrico em que um jato está bloqueado 
por bico em branco. O lado em branco da broca deixa um caminho de saída natural para o fluido dos dois 
jatos opostos. O fluxo jatos das duas raspagens sob dois dos cones para melhorar a limpeza do fundo do 
poço e remoção de cascallhos.
• Métodos do grupo 1 exigem testes de campo. Estes ensaios são baseados na teoria de que a taxa 
de perfuração é proporcional ao peso broca se a limpeza do fundo do poço é adequada.
• Quando esta curva de proporcionalidade, mostrado na Figura 2, em algum momento começa a
desviar a sua tendência crescente, o fundo mínimo exigido energia limpeza do furo para evitar
balling da broca a esse nível de WOB é determinado.
1- Processo de remoção de cascalhos
balling da broca
• Há cinco principais fatores que afetam balling da broca:
- Tipo de formação,
- Fluidos de perfuração,
- Sistemas hidráulicos de perfuração,
- Design da broca pouco, e as
- Pressões de restrissões (confining).
• Balling da broca depende, principalmente, a capacidade de troca catiônica (CTC),
que refere-se ainda à presença de argilas iliticas e montmorillonitas.
• Estas argilas são descritos como incham ou reativas por causa da sua propriedade 
de adsorver água e inchar e ficar com o corpo da broca, estabilizadores, etc.
1- Processo de remoção de cascalhos
Figura 2 WOB vs ROP para níveis de energia hidráulica pouco diferente.
Os pontos onde as curvas são virando e apontando para baixo são chamados o ponto balling 
(envelopamento) da broca.
• Para os métodos do grupo 2, o melhor sistema hidráulico é o equilíbrio adequado dos elementos 
hidráulicos (vazão, diâmetro do bicos broca) que satisfaçam um critério de estimativa (função 
objetivo), por exemplo maximizando a força do impacto do jato.
• A razão da quantidade hidráulica q/dbico como uma quantidade comum que pode ser 
representando numa função objetivo hidráulica mencionado pouco acima.
• A partir de experimentos e observações demonstrada através de Figura 2, sugerimos um modelo 
matemático que relaciona ROP e a função hidráulica :
𝑅𝑂𝑃 = 𝐴
×
𝑞
𝑑𝑏𝑖𝑐
𝑜
𝑎
1- Processo de remoção de cascalhos
Regras de ouro para a otimização de Broca de cone de 
rolo
1. Use bicos com minima extensão, exceto em condições pouco severas balling
2. Use bicos vetorizadoda (ou inclinação)n em condições pouco-ball.
3. Administrar jatos centralizados em formações que têm tendências a balling da broca.
4. Use jatos de centro difuso para minimizar a erosão cascado cone e lavagem fluido.
5. Re-avaliar e otimizar o sistema hidráulico como aplicações e troca de equipamentos.
6 Projetar o programa hidráulico para atender às exigências litológicas é a chave para o prazo da 
broca.
• Em função do que o acadêmico perguntou sobre as pressões de 
operação dos fluidos, encontrei dois artigos que tratam de estudos de 
tipos de broca e onde indicam as pressões e o peso da broca, os slides 
seguintes apresentam alguns dados. Sugiro buscarem esses artigos e 
efetuar uma leitura.
• PDC bit hydraulics design, profile are key to reducing balling
• Drill bit benchmarking improves drilling performance
Artigo da universidade de Tulsa, J.J. Azar e P.R. Hariharan (Berkeley)
PDC bit hydraulics design, profile are key to reducing balling
• O sistema de circulação é constituído por uma bomba de lama de 1600 hp
capaz de desenvolver até 3000 psi, sendo a a pressão nominal de 2.000 psi
para que a rocha-amostra seja perfurado.
• Em um experimento a máquina de perfuração consistia de um arranjo 
hidráulico para aplicar um peso na broca de até 100.000 lb.
• Os valores da WOB utilizadas para os testes variaram de 3.000 a 24.000 lb.
• O sistema constituído de um motor hidráulico rotativo com velocidade 
variável.
• A velocidade de rotação utilizada para todas as experiências era de 120 rpm.
• A FIG. 3 ilustra a variação da ROP e torque rotativo vs. WOB.
• Ambos indicam uma variação linear, significando que o processo de
perfuração prosseguiu sem qualquer balling bits.
• Os resultados para brocas M315 à pressão de resistência de 2.000 psi
e 350 gpm foram semelhantes.
• ROP diminuição na pressão resistência mais elevada devido a um 
aumento na resistência da rocha.
• Mais uma vez, tanto ROP e torque rotativo aumentou quase
linearmente com WOB.