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Material: engenharia do petróleo: brocas: fluidos de perfuração, tubos de perfuração,

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Instituto Federal do Rio Grande do Norte
Campus: Natal Central
Curso: Engenharia de Energia
Disciplina: Fundamentos da Engenharia de Petróleo e Gás
Professor: MSc. Leonardo Asfora de Oliveira
Brocas
BROCAS
SUMÁRIO
1. Definição e funções
2. Tipos de broca
3. Taxa de penetração
4. Código IADC de brocas
5. Código IADC de desgaste
BROCAS
1. DEFINIÇÃO E FUNÇÕES
 São equipamentos instalados na extremidade inferior da
coluna de perfuração com os seguintes objetivos:
 Causar a ruptura e a desagregação das rochas
 Permitir a passagem do fluido de perfuração do interior da
coluna para o espaço anular.
 É o primeiro elemento a ser descido no poço, ficando
portanto em contato direto com a formação.
 É a ação de peso e da rotação aplicados sob a broca que
promove a degradação da rocha.
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BROCAS
BROCAS
1. DEFINIÇÃO E FUNÇÕES
 Podem apresentar desde grandes diâmetros (26”) até
pequenos (4 3/4”).
 Uma broca mal selecionada pode ter vida útil
extremamente curta, causando prejuízos de dezenas de
milhares de dólares.
 Quando uma broca precisa ser trocada, faz-se necessário
retirar toda a coluna de perfuração (manobra): custos
 Diferentemente dos demais elementos da coluna de
perfuração, são constantemente substituídas.
 A seleção de brocas é tarefa complicada, mas quando feita
de maneira criteriosa reduz significativamente o custo total
da perfuração.
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BROCAS
1. DEFINIÇÃO E FUNÇÕES
 Fatores a serem levados em consideração na escolha de
brocas:
• Tipo de formação a ser perfurada
• Geometria do poço
• Experiências anteriores
• Catálogo de brocas
• Objetivo da fase perfurada
• Propriedades dos fluidos de perfuração
 É imprescindível que o engenheiro de perfuração domine os
fundamentos do projeto das brocas e seja capaz de
entender seu comportamento para fazer uma seleção
adequada.
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BROCAS
2. TIPOS DE BROCAS
2.1 Brocas sem partes móveis
 A ausência de partes móveis e rolamentos diminui a
possibilidade de falha destas brocas.
 Os principais tipos são:
 Integrais de lâmina de aço (rabo de peixe)
 Diamantes naturais
 Diamantes artificiais (PDC/TSP)
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BROCAS
2. TIPOS DE BROCAS
2.1 Brocas sem partes móveis
 Integrais de lâminas de aço (rabo de peixe)
 Primeira brocas a serem utilizadas na indústria
 Perfuram bem formações moles
 Formações médias e duras: curta vida útil
 Atualmente encontram-se em desuso (surgimento de brocas
tricônicas).
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Máquina de escrever
#Perfura por cisalhamentonull#Possui orificios para dar passagem ao fluido do interior da coluna para o poço limpando as laminas.nullnull
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BROCAS
2. TIPOS DE BROCAS
2.1 Brocas sem partes móveis
 Diamantes naturais
 Possuem diamantes naturais inseridos no corpo da broca
 Aplicadas geralmente em formações extremamente duras
 Utilizada nas operações de testemunhagem
 Quanto mais dura a formação, menor os diamantes
 O fluido sai por uma abertura central e escoa pelas ranhuras
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BROCAS
Brocas para testemunhagem
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BROCAS
2. TIPOS DE BROCAS
2.1 Brocas sem partes móveis
 Brocas PDC (Polycrystalline Diamond Compact)
 Estrutura cortante: camada fina de diamantes fixada a um
substrato de carbureto de tungstênio e cobalto.
 Mecanismo de corte: cisalhamento
 Bastante versátil (formações moles a duras)
 Diversos tipos e fabricantes
 Podem operar com alta rotação
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#Estrutura de corte formada por pastilhas ou compactos.null#As brocas PDC foram criadas para perfurar formações moles com alta taixa de perfuração, pois em formações mais duras se destroi a ligação entre o diamante e o cobalte,por isso foi criado o TSP.
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2. TIPOS DE BROCAS
2.1 Brocas sem partes móveis
 Brocas PDC (Polycrystalline Diamond Compact)
Corte por cisalhamento
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2. TIPOS DE BROCAS
2.1 Brocas sem partes móveis
 Broca TSP( Thermally Stable Polycrystalline)
 Toleram maiores temperaturas que as brocas PDC (ausência
do cobalto)
 Utilizado em formações duras
 A hidráulica é similar à da broca de diamantes naturais
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2. TIPOS DE BROCAS
2.2 Brocas com partes móveis
 Caracteriza pela existência de cones capazes de girar e que
abrigam a estrutura cortante da broca. Deste grupo as mais
utilizados são as tricônicas.
 Sua estrutura cortante pode ser composta por dentes de
aço ou insertos de carbureto de tungstênio.
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2. TIPOS DE BROCAS
2.2 Brocas com partes móveis
 Dentes de aço:
 Os dentes fazem parte do corpo do cone
 Se desgastam rapidamente
 Não é indicada para poços profundos
 Dentes grandes: formações moles e médias
 Dentes pequenos: formações duras
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BROCAS
2. TIPOS DE BROCAS
2.2 Brocas com partes móveis
 Inserto de carbureto de tungstênio
 Cortadores são instalados durante o processo de fabricação
 São geralmente mais caras que as dente de aço
 Possuem melhor resistência ao desgaste
 Formações duras: insertos pequenos
 Formações moles: insertos grandes
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BROCAS
3. Taxa de Penetração
 É a medida do tempo necessário para se perfurar 1 ft de
formação.
 Importante indicativo da eficiência de uma broca, podendo
indicar a necessidade de sua troca.
 Geralmente é expressa em ft/h (m/h) ou h/ft (h/m)
 Denominada na literatura de ROP (Rate of Penetration).
 Fatores que afetam a taxa de penetração:
• Tipo de broca
• Características da formação (dureza, resistência)
• Propriedades do fluido de perfuração
• Condições operacionais (peso sob a broca, rotação,
hidráulica, desgaste)
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3. Taxa de Penetração
 Efeitos das propriedades do fluido de perfuração na ROP:
BROCAS
3. Taxa de Penetração
 Efeito do diferencial de pressão no fundo do poço na ROP
BROCAS
3. Taxa de Penetração
 Efeito do peso sob a broca (PSB) e da rotação na taxa de
penetração (ROP).
BROCAS
4. Código IADC das brocas
 Com o objetivo de facilitar e uniformizar as características e
aplicabilidade das brocas, o IADC (International Association
of Drilling Contractors) organizou uma codificação
internacional para brocas.
 Para brocas tricônicas, o código IADC é composto de três
algoritmos numéricos seguido de letras opcionais que
complementam as características da broca.
N1 : Série da estrutura cortante
N2 : Tipo de estrutura cortante
N3 : Tipo de rolamento
X: Outras características
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BROCAS
4. Código IADC das brocas
Indica o tipo e o desenho da estrutura de corte com respeito
ao tipo de formação.
1: Dentes de aço para formações moles
2: Dentes de aço para formações médias
3: Dentes de aço para formações duras
4: Dentes de insertos de tungstênio para formações muito moles
5: Dentes de insertos de tungstênio para formações moles
6: Dentes de insertos de tungstênio para formações médias
7: Dentes de insertos de tungstênio para formações duras
8: Dentes de insertos de tungstênio para formações muito duras
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Máquina de escrever
Realcionar o a estrutura de corte com o tipo de formação
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BROCAS
4. Código IADC das brocas
Representa uma especificação do grau de dureza das
formações, melhorando a compreensão da aplicabilidade da
broca. Pode variar de 1 à 4:
1:Mais mole
2: Mole a média
3: Média a dura
4: Mais dura
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BROCAS
4. Código IADC das brocas
Informa características do rolamento dos cones e da
existência de proteção de calibre. Seu valor varia de 1 a 7 de
acordo com a seguinte classificação:
1: Rolamentos convencionais não-selados
2: Rolamentos convencional não selado com refrigeração a ar
3: Rolamentos convencionais não selados com proteção de calibre
4: Rolamentos selado auto-lubrificado
5: Rolamentos selados com proteção de calibre
6: Rolamentos de fricção (journal)
7: Rolamentos de fricção com proteção de calibre
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BROCAS
4. Código IADC das brocas
Indicam alguma característica adicional da broca:
A: Para perfuração a ar
B: Rolamento com selo especial
C: Jato central
D: Para melhor controle direcional
E: Jato com extensão
G: Proteção extra no corpo para calibre
H: Para poço horizontal
J: Jatos estendidos para poço direcional
L: Jatos chatos
M: Para uso de motor de fundo
R: Corpo com soldas reforçadas
S: Broca de dentes de aço normal
T: Broca de dois cones
W: Insertos reforçados
X: Inserto com cinzel
Y: Inserto tipo cônico
Z: outros tipos de inserto
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BROCAS
3. Código IADC das brocas
Exemplo de códigos IADC
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5. Código IADC de desgaste
O IADC padronizou uma codificação para o desgaste de brocas
com o objetivo de permitir a análise de dados sem a
necessidade de visualizar a broca, permitindo inclusive
informar o motivo pela qual uma broca foi retirada. 1 2 1 2 3 3 4 5N N X X X N X X
1
2
1
2
3
N : Desgaste da parte interna da estrutura de corte 
N : Desgaste da parte externa da estrutura de corte 
X : Característica principal do desgaste
X : Localização do desgaste
X : Desgaste/efetividade do r
3
4
5
olamento
N : Redução no calibre devido ao desgaste
X : Outras características do desgaste
X : Motivo da retirada da broca
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5. Código IADC de desgaste
Escala linear variando de 0 a 8 para representar o desgaste da
estrutura cortante, sendo 0 para nenhum desgaste e 8 para
desgaste total.
1 2 3 3 41 52X X X N XN XN
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5. Código IADC de desgaste
Estrutura interna
Estrutura externa
1 2 3 3 41 52X X X N XN XN
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5. Código IADC de desgaste
Código de duas letras que indica a características principal do
desgaste.
11 2 2 3 3 4 5N N X X N X XX
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Cone quebrado Dente quebrado
Cone partido Cone perdido
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5. Código IADC de desgaste
O desgaste pode se localizar na fileira interna e/ou externa ou
nos cones.
1 2 1 3 3 4 52N N X X N X XX
Estrutura cortante Cones
I – Fileira interna/ N – Nose row 1
M – Fileira do meio / M – Middle row 2
E – Fileira externa / G – Gauge row 3
T – Todas as fileiras / A – All rows
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Localização, em fileira, do desgaste, em qual fileira está localizada o desgaste?
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5. Código IADC de desgaste
Especifica o estado do rolamento.
• Rolamentos não selados: 0 à 8, em ordem crescente do
desgaste.
• Rolamentos selados: selo efetivo (E) ou falho (F)
31 2 1 2 3 4 5XN N X X N X X
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5. Código IADC de desgaste
Indica a redução do caliper da broca, que é medida em 1/16”.
O sexto algarismo representa o valor desta medição. Assim,
um desgaste de ½” é representado pelo número #8.
1 2 1 3 532 4N N X X X X XN
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BROCAS
5. Código IADC de desgaste
Codificado segundo a tabela de característica principal de
desgaste, este algarismo representa uma características de
desgaste secundária.
1 2 1 3 3 542N N X X X XN X
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Area Highlight
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BROCAS
5. Código IADC de desgaste
Indicao motivo da retirada da broca, informação importante
para o processo de conhecimento e aprendizado na utilização
de determinado tipo de broca em uma formação.
1 2 1 3 52 3 4N N X X X X XN
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