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Apostila - Brocas de Perfuração

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As brocas de diamante natural, igualmente aos outros tipos de brocas de 
diamante, têm um corpo fixo cujo material é composto de uma matriz de 
carboneto de tungstênio. O tipo de fluxo pode ser radial ou cruzado e o tipo de 
cortador é o diamante natural incrustado no corpo da broca, com diferentes 
densidades e desenhos, como se classificam no código IADC para cortadores 
fixos. 
 
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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. 
 
 
Figura 13 – Brocas de diamantes naturais 
 
O mecanismo de corte deste tipo de broca é o esmerilhamento e arraste, 
o qual gera altas temperaturas. O tipo de diamante usado para sua construção 
é o diamante em sua forma natural e não comercial. O tamanho varia de 
acordo com o desenho da broca: quanto mais dura e abrasiva for a formação 
menor o diamante que se deve usar. Os diamantes usados para este tipo de 
broca são arredondados, mas de forma irregular. 
 
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Figura 14 – Mecanismo de esmerilhamento da formação 
 
2.2.1.3 - 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. 
 
O uso de brocas TSP também é restrito porque, assim como as de 
diamante natural, apresentam restrições hidráulicas. As vias de circulação 
estão praticamente em contato direto com a formação e, além disso, geram 
altas torções nos tubos de perfuração, embora hoje se pode usar com motor de 
fundo. 
 
Este tipo de broca usa como estrutura de corte, diamante sintético em 
forma de triângulos pequenos e não redondos. A densidade, o tamanho e tipos 
são características de cada fabricante. Estas brocas também têm aplicação 
para cortar núcleo e desviar poços. 
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2.2.1.4 - 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. 
 
 
 
Figura 15 – Broca PDC de corpo de aço 
 
A orientação dos cortadores: exposição, ângulo de back rake e ângulo de 
side rake influenciam diretamente a taxa de penetração da broca PDC. 
 
 
 
 
 
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Figura 16 – Exposição, ângulo de Bake Rake e ângulo de Side Rake 
 
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. Também apresenta muitas vantagens 
econômicas por sua versatilidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17 – Mecanismo de Cisalhamento da Formação 
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Por seu desenho e características, as brocas PDC contam com uma 
grande gama de tipos e fabricantes, especiais para cada tipo de formação, 
desde formações muito moles até muito duras, e em diferentes diâmetros de 
acordo com o projeto de cada poço. Além disso, estas brocas podem rodar a 
altas velocidades, podendo ser utilizadas com motores de fundo ou turbinas, 
com diferentes pesos sobre a broca. 
 
 
Figura 18 – Brocas PDC de corpo de Matriz 
 
2.2.1.5 - 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, tal qual nas brocas 
de diamante, a impregnada necessita trabalhar a altas rotações para atingir 
taxas de penetração significativas. Estas brocas são geralmente usadas com 
turbinas ou motores de alta rotação. Estas brocas são projetadas de forma a ter 
cobertura completa de diamante no fundo do poço. A ação de esmerilhamento 
da formação a altas rotações acarreta a quebra da cimentação entre os grãos 
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da rocha. 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. 
 
 
Figura 19 – Broca impregnada desgastada mostrando os cristais de diamante 
expostos 
 
Existe uma infinidade de variáveis quanto a perfis, estrutura dos cristais 
de diamante e matrizes de brocas impregnadas. Há que se planejar bem a 
aplicação destas brocas uma vez que é necessário que se desgastem para que 
se exponham novos cristais de diamante e se atinjam resultados satisfatórios 
de taxa de penetração, porém, há que se estudar sempre o impacto das 
variáveis na durabilidade da broca. 
 
 
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Figura 20 – Brocas Impregnadas 
 
 
2.2.2 - Código IADC para broca de cortadores fixos 
 
O IADC desenvolveu um sistema de codificação para a identificação das 
brocas de cortadores fixos que incluem todos os tipos: Diamante natural, PDC 
e TSP. Este código consiste de 4 caracteres, 1 letra e 3 números, que 
descrevem sete características básicas: tipo de cortadores, material do corpo 
da broca, perfil da broca, desenho hidráulico para o fluido de perfuração, 
distribuição do fluxo, tamanho dos cortadores e densidade dos cortadores. 
 
A N1 N2 N3 
 
• A: Identifica o tipo de corpo. 
 S – Corpo de aço; 
 M – Corpo de matrix. 
 
• N1: Identifica a densidade dos cortadores. 
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Para brocas de PDC, cortadores Mosaico ou híbridas com cortadores de 
PDC, a contagem é feita sobre um modelo considerando a broca de 
8.1/2” com cortadores de ½”, inclusive os gage trimmers: 
1 – 01 a 30 cortadores; 
 2 – 31 a 40 cortadores; 
 3 – 41 a 50 cortadores; 
 4 – mais de 50 cortadores. 
 
Para brocas de diamantes naturais e TSP, considera-se apenas o 
tamanho dos cortadores: 
 6 – pedras maiores que 3 ppq; 
 7 – pedras de 3 a 7 ppq; 
 8 – pedras menores que 7 ppq. 
 
• N2: Identifica o tipo do cortador. 
Para brocas de PDC, cortadores Mosaico ou Híbrido com cortadores de 
PDC: 
 1 – PDC maior que 1” ou 24mm; 
 2 – PDC entre 0,51” a 1“ ou 14 a 24 mm; 
 3 – PDC entre 0,33” a 0,50” ou 8 a 14mm; 
 4 – PDC menor que 0,33” ou 8mm. 
 
Para brocas de diamantes naturais e TSP: 
 1 – Diamantes Naturais; 
 2 – Cortadores TSP; 
 3 – Híbridos TSP + diversos; 
 4 – Broca Impregnada. 
 
• N3: Identifica o perfil da broca, quanto ao comprimento. 
1 – Perfil raso; 
2 – Perfil curto; 
3 – Perfil médio; 
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4 – Perfil longo. 
 
Em função da identificação com o código IADC existem pelo menos 5 
aspectos fundamentais no desenho da broca de diamante: a forma dos 
cortadores, os ângulos de inclinação lateral (side rake) e de retardo (back 
rake), tipo de proteção do calibre e comprimento da seção de calibre. Todos 
eles são importantes no desenvolvimento de uma broca de diamante. O que se 
pretende com o código IADC é dar uma idéia do tipo de broca e garantir que se 
identifiquem facilmente suas principais características. 
 
Cabe notar que diferentemente do código IADC para brocas tricônicas o 
Código IADC para Brocas de diamante não os relacionam com o tipo de 
formação a perfurar. Unicamente se pode identificar suas características mais