ANÁLISE CRÍTICA DO DESGASTE E RESISTÊNCIA DAS BROCAS NA PERFURAÇÃO DE POÇOS.

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ – UNESA
Engenharia de Petróleo
ELLEN MAIARA LEMES LINS DA SILVA
LARISSA BORTOLAMEDI BLOOT
ANÁLISE CRÍTICA DO DESGASTE E RESISTÊNCIA DAS BROCAS NA PERFURAÇÃO DE POÇOS.
Macaé-RJ 
2016
ELLEN MAIARA LEMES LINS DA SILVA
LARISSA BORTOLAMEDI BLOOT
ANÁLISE CRÍTICA DO DESGASTE E RESISTÊNCIA DAS BROCAS NA PERFURAÇÃO DE POÇOS.
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Estácio de Sá (UNESA), como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Petróleo. 
Orientador: Profº. M.Sc. Luiz Mauricio Silva de Lima
Macaé-RJ
 2016
ELLEN MAIARA LEMES LINS DA SILVA
LARISSA BORTOLAMEDI BLOOT
ANÁLISE CRÍTICA DO DESGASTE E RESISTÊNCIA DAS BROCAS NA PERFURAÇÃO DE POÇOS.
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Estácio de Sá (UNESA), como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Petróleo. 
BANCA EXAMINADORA
________________________________________
M Sc. Luiz Mauricio Silva de Lima - Orientador
Universidade Estácio de Sá (UNESA)
________________________________________
M Sc. José Mauro Costa Martins 
Universidade Estácio de Sá (UNESA)
________________________________________
Daniela Sayão
Universidade Estácio de Sá (UNESA)
Talvez não tenhamos conseguido fazer o melhor, mas lutamos para que o melhor fosse feito. Não somos o que deveríamos ser. Não somos o que iremos ser, Mas, graças a Deus, Não somos o que éramos. 
 (Martin Luther King)
A mim, a minha mãe e minha avó pelo carinho e dedicação. Ellen 
Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembre-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível.
(Charles Chaplin)
 Dedico aos meus pais, familiares e amigos! Larissa
Agradecimentos – Ellen Maiara Lemes Lins da Silva
Agradecer primeiramente a Deus, por me capacitar e abençoar minha trajetória. 
A minha avó Sebastiana, e minha mãe Sonia, pelo grande apoio e por tudo que fizeram para que eu chegasse até aqui.
Além do carinho, amor, simplicidade, exemplo e amizade fundamentais na construção do meu caráter.
Ao meu orientador Luís Mauricio, pelo apoio que foi dado, que foi de suma importância transmitindo seu conhecimento.
A todos que de alguma forma contribuíram, agradeço de coração por acreditarem no meu potencial.
E por último, e não menos importante a minha grande amiga e parceira que faz parte desde o início e que sempre esteve ao meu lado nessa caminhada, Obrigada Larissa! Até aqui nos ajudou o Senhor. (1 Samuel 7:12)
Agradecimentos – Larissa Bortolamedi Bloot
Agradeço a Deus por ter me dado saúde, força, sabedoria e coragem para superar todas as dificuldades desta jornada.
Dedico esta, bem como todas as minhas demais conquistas, aos meus amados pais (José Ademar e Elenice) e meus preciosos sobrinhos (Amanda, Lucas e Joaquim - Meus melhores e maiores presentes!). Obs: Que falta todos vocês me fazem.
Não poderia deixar de agradecer ao nosso orientador Prof. Luiz Mauricio Lima, por todo seu empenho e paciência para nos ajudar a fazer o melhor.
Agradeço a todos os meus amigos que sempre me apoiaram e me ajudaram a chegar até aqui, mas agradeço em especial a minha amiga Ellen que esta comigo desde o inicio e juntas concluímos essa etapa de nossas vidas e espero levar você comigo para toda a vida.
E a todos que de alguma forma contribuíram para meu crescimento, a vocês o meu muito obrigado pela paciência, pelo incentivo, pela força e principalmente pelo carinho.
Valeu a pena toda distância, todo sofrimento, todas as renúncias. Valeu a pena esperar. Hoje estamos colhendo, juntos, os frutos do nosso empenho!
Esta vitória é muito mais de vocês do que minha!
RESUMO
A perfuração em poços direcionais e horizontais em lâminas d’agua ultra profundas tem ocasionado um maior tempo de manobra e o mesmo tem se tornado consideravelmente alto. A atividade de perfuração offshore custeia valores na casa de milhões de dólares. Dentro desse contexto, a broca de perfuração envolve uma parcela desse alto custo, pois é um artefato que executa a abertura de poços, o objetivo é obter o menor tempo de perfuração sem colocar em riscos as operações cumprindo as especificações e observando as restrições que possam existir. Surge então à preocupação da escolha correta das brocas de perfuração, por esse motivo devem-se analisar as seguintes informações: o desenho da broca, as brocas usadas, o perfil geológico de poços vizinhos e as correlações entre o comportamento da broca, as condições geológicas e a execução da operação de perfuração. Através desses fatores é possível traduzir condições operacionais que estiver exposta, a broca por sua vez são as mais significativas, elas estão sujeitas a passar por alterações durante a perfuração, permitindo assim a correção na próxima broca, reconhecer cada tipo e desenho de broca e imprescindível na hora da perfuração, pois determina tempo e custo. Um caso foi estudado, a fim de mostrar testes realizados em laboratórios, que mostram através de estudos que a tecnologia da broca híbrida aliada com um sistema de perfuração automatizado forneceu bons resultados em termos de taxas de penetração, controle da verticalidade, distância percorrida e estabilidade em formações intercaladas.
Palavras chaves: Perfuração, Brocas, Fluidos de perfuração.
ABSTRACT
The directional and horizontal well drilling in ultra-deep water has taken make maneuver time and it had because considerably high. Offshore drilling activity has a cost of billions of dollars and the drill bits a device that performs well drilling, is a portion of this high cost. The concern of the drilling operation. By the factors that were exposed, the drill operation condition is the most significant factor. They are subject to undergo changes, allowing the correction in the next drill. Today is possible to obtain a wide range of drill bits and different manufactures, and it is indispensable the knowledge of the drilling process professionals. A case was studied in order to Show testicles done in laboratories, show that through studies that hybrid drill Technology Coupled with hum automated drilling system provided good results in terms of penetration rates, checking the verticality, distance and stability in intercalated formations.
Keywords: drilling, drills, drilling fluid.
Sumário
121. INTRODUÇÃO	�
142. OBJETIVOS	�
142.1 Objetivos Gerais	�
142.2 Objetivos Específicos	�
153. Revisão de literatura	�
153.1 Descrição e características	�
163.1.1 Atividades de perfuração	�
193.1.2 Perfuração exploratória	�
193.1.3 Perfuração de desenvolvimento	�
194. BROCAS DE PERFURAÇÃO	�
204.1 Histórico	�
234.2 Classificações das Brocas	�
244.3 BROCAS SEM PARTES MÓVEIS	�
244.3.1 Broca de Rabo de peixe	�
254.3.2 Brocas de diamantes naturais	�
254.3.3 Brocas PDC	�
264.3.4 Brocas Impregnadas	�
284.4 BROCAS COM PARTES MÓVEIS	�
284.4.1 Estrutura cortante	�
284.4.2 Brocas de dentes de aços	�
284.4.3 Brocas de inserto	�
284.4.4 Rolamentos	�
295. BROCAS ESPECIAIS	�
295.1 Brocas desviadoras	�
295.2 Brocas Coroas	�
295.3 Brocas especiais	�
306. CORPO DA BROCA	�
317. CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE BROCAS	�
317.1 Objetivos de perfuração	�
317.2 Rendimento	�
317.3 Economia	�
317.4 Direcional	�
327.5 Taxa de penetração	�
327.6 Fluidos de perfuração	�
337.7 Energia hidráulica	�
337.8 Parâmetros mecânicos	�
337.9 Parâmetros hidráulicos	�
347.10 Custos	�
347.11 Limitações de peso sobre a broca (PSB)	�
347.12 Poços profundos	�
347.13 Poços de diâmetro reduzido�
357.14 Seleção em função da formação	�
357.15 Litologia	�
357.16 Vibração	�
358. CISALHAMENTO X FRATURAMENTO X ESMERILHAMENTO	�
368.1 Cisalhamento	�
368.2 Fraturamento	�
368.3 Esmerilhamento	�
379. DESGASTE DAS BROCAS	�
379.1 Fatores geológicos	�
379.1.1 Abrasividade	�
379.1.2 Resistência específica da rocha	�
389.2 Fatores de operação	�
389.2.1 Velocidade de Rotação	�
399.2.2 Limpeza do fundo do poço	�
399.2.3 Geometria do poço	�
399.3 Manejo e Transporte	�
3910.	AVALIAÇÕES DO DESGASTE DE BROCAS	�
4211.	ANÁLISE DA RESISTÊNCIA	�
4312.	ESTUDO DE CASO	�
4412.1 Descrição do caso estudado	�
4412.2 Ambiente geológico	�
4512.3 Brocas e sistema de perfuração usada nas fases 12¼ na Bacia Potiguar	�
4612.4 Sistema de perfuração e broca híbrida	�
4712.5 Sistema de perfuração direcional automatizado	�
4712.6 Tecnologia da broca	�
4912.7 Corridas feitas com a broca híbrida	�
5212.8 Tendências futuras	�
5212.9 Conclusões do estudo do caso	�
5413.	CONCLUSÃO	�
5614.	Referências Bibliográfica	�
�
Lista de Figura
17Figura 1: Esquema de um poço de perfuração.	�
18Figura 2: Cascalho sendo removido pelo fluído de perfuração.	�
21Figura 3: Poços direcionais de geometria complexa (3D)	�
22Figura 4: Evolução das Brocas de perfuração	�
23Figura 4: Evolução das Brocas de perfuração	�
25Figura 5: Brocas Fish tail	�
25Figura 6: Brocas de diamantes naturais 	�
26Figura 7: Brocas PDC (plycrystalline Diamond Compact)	�
27Figura 8: Broca impregnada	�
27Figura 9: Broca Impregnada Desgastada	�
30Figura 10: Ação dos jatos na limpeza dos cones e do fundo do poço	�
41Figura 11: Critérios de análise de desgaste	�
45Figura 12: Localização da Bacia de Potiguar	�
46Figura 13: Brocas tricônicas danificadas	�
47Figura 14: Desenho esquemático das ferramentas automatizadas usadas nas corridas feitas com broca híbrida	�
48Figura 15: Broca híbrida utilizada	�
49Figura 16: Flutuação do torque	�
50Figura 17: Distribuição de arenitos e folhelhos e taxa de penetração	�
51Figura 18: Broca híbrida após a corrida	�
52Figura 19: Comparação entre distância perfurada e números de corridas	�
�
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INTRODUÇÃO
A produção de um poço de petróleo tem como objetivo estabelecer o fluxo de hidrocarbonetos da rocha reservatória até a superfície. Os poços de petróleo podem atingir grandes profundidades. Os poços são perfurados em várias etapas, cada etapa tem um diâmetro inferior ao anterior representado pelo diâmetro da broca em uso (PLÁCIDO, 2007).
A broca de perfuração é a peça mais importante, pois ela que corta a rocha quando se está perfurando um poço de petróleo ou gás. Ela está localizada na ponta da coluna de perfuração, abaixo do drill collar e do drill piper. A broca é um dispositivo giratório que consiste em dois a três cones, fabricada com matérias de extremas durezas, como aço, carboneto de tungstênio e/ou diamantes naturais ou sintéticos. As brocas têm por objetivo, promover a ruptura e desagregação das formações rochosas com base em estudos considerando assim o seu desempenho. As brocas são divididas em dois tipos básicos: brocas sem partes móveis e com partes móveis (SANTANA, 2010).
A tecnologia atual de perfuração aproveita – se de tecnologias antigas tais como tecnologia de navegação espacial, novos materiais, desenho mecânico, comunicação e a informática para alcançar o objetivo principal do mercado industrial, ou seja, reduzir esses custos de perfuração é imprescindível, ela ainda possibilita e habilita o operador a realizar um trabalho racional que lhe permita aferir os lucros no final, dentro das condições disponíveis de equipamentos (TRIGGIA,2001).
Para cada trecho da perfuração são necessárias várias brocas, podendo ser alcançado rendimento de milhares de dólares. Esse rendimento esta diretamente relacionada com a escolha e aproveitamento da broca utilizada durante o processo de perfuração. (SANTANA, 2010).
Torna-se imprescindível o processo de análise de rendimento das brocas, que é feito por especialistas na área, analisando cada caso, processo importante para a escolha das brocas (TRIGGIA,2001).
A broca ao sair do poço pode transmitir informações valiosas ao operador. Se os desgastes apresentados forem devidamente interpretados, as informações são então registradas a fim de que os erros não se repitam na mesma área. Através de um sistema de desgaste de brocas, que possui codificação podemos analisar e dar sua interpretação, assim que analisados é necessário verificar outros parâmetros para analisar o desempenho da broca (TRIGGIA,2001).
OBJETIVOS
2.1 Objetivos Gerais 
Este trabalho tem como objetivo abordar e mostrar os principais tipos de brocas de perfuração, o desgaste das mesmas.
2.2 Objetivos Específicos
Verificar a qualidade das brocas;
Reconhecer cada tipo de broca e seu desempenho;
Avaliar critérios para escolha das brocas;
Análise de caso.
Revisão de literatura
3.1 Descrição e características
A indústria petrolífera é considerada como de capital-intensivo, caracterizando-se por riscos geológicos e de mercado muito elevados. Indústrias desse tipo necessitam de perfeita coordenação entre os ritmos de produção e de consumo, para que os riscos sejam reduzidos e as reservas do subsolo valorizadas. (FIGUEIREDO, 2003).
A sua competitividade é garantida pela integração vertical e pelo volume dos negócios. A participação de uma empresa nas diversas atividades da cadeia produtiva tem por objetivo aumentar o seu grau de controle sobre o processo, de forma a reduzir o risco associado à queda do faturamento e à vulnerabilidade de suprimento de matéria-prima. Na indústria do petróleo, a verticalização significa a presença tanto nas atividades upstream (Exploração e Produção – E&P) como downstream (Refino e Distribuição), permitindo garantia de suprimento de petróleo, economias de escala pelo aumento do porte da empresa, maior valor agregado pelas atividades e diversificação de investimentos. (FIGUEIREDO, 2003).
A atividade de exploração e produção da indústria de petróleo, denominado segmento upstream, abrange as áreas de prospecção de jazidas, desenvolvimento de reservas e produção de petróleo e gás natural. Cada campo, ou grupo de campos de petróleo se constitui em uma unidade de extração, cuja vida útil e volume produzido dependem das características do reservatório. As atividades de pesquisa e desenvolvimento de reservas caracterizam-se pelo uso intensivo de capital e elevado risco de insucesso econômico. Essas características refletem-se na busca da maximização da eficiência operacional na pesquisa exploratória, na perfuração e também na fase de produção, por meio da operação contínua e da máxima utilização da capacidade instalada. (THOMAS, 2001).
Além disso, segundo Cardoso (2005), a exploração de petróleo é uma operação altamente especializada levada a cabo, com frequência, em áreas remotas ou de difícil acesso. A atividade em áreas marítimas, por sua vez, possui algumas especificidades, e, frequentemente, surgem impasses tecnológicos e econômicos para a viabilização da perfuração e construção de poços de profundidades crescentes. 
Sendo assim, as dificuldades existentes estão sendo amenizadas em virtude dos progressos da engenharia e da tecnologia, que estão tornando possíveis as operações em regiões de profundidades cada vez maiores. Talvez a principal característica diferenciadora da atividade de E&P no mar, seja a necessidade de utilização das plataformas, cuja imagem se tornou um verdadeiro símbolo das operações offshore. (CARDOSO, 2005).
As plataformas petrolíferas são unidades de produção, que contêm milhares de toneladas de equipamentos e podem acomodar centenas de homens que trabalham em turnos para garantir que o petróleo seja produzido, armazenado e bombeado 24 horas por dia. Na prática, estasgigantescas instalações comportam guindastes, salas de controle, alojamentos, áreas de lazer, heliporto e gerador próprio de energia. Em seus conveses podem-se encontrar tubos, tanques, válvulas, condensadores, bombas, etc, sendo que várias escadas interligam seus diferentes níveis (CARSON, 2011). 
3.1.1 Atividades de perfuração
A perfuração é realizada através de uma sonda rotativa composta por diversos equipamentos, cada um responsável por uma determinada função (Figura 1) (CARDOSO, 2005).
Figura 1: Esquema de um poço de perfuração. Fonte: Lima (2001)
As rochas são perfuradas pela ação da rotação e do peso aplicados a uma broca existente na extremidade de uma coluna de perfuração. A coluna de perfuração é formada pelos seguintes componentes principais: comandos (tubos de paredes espessas), tubos de perfuração (tubos de paredes finas) e tubos pesados (promovem uma transição de rigidez entre os comandos e os tubos de perfuração) (THOMAS, 2001). 
Os fragmentos da rocha (cascalho de perfuração) são removidos continuamente através de um fluido de perfuração ou lama. O fluído é injetado por bombas para o interior da coluna de perfuração através da cabeça de injeção, ou swivel, e retorna à superfície através do espaço anular formado pelas paredes do poço e pela coluna (Figura 2). O fluido, além da função de remoção dos cascalhos, tem por objetivo lubrificar as brocas e manter o poço submetido a uma determinada pressão para evitar o seu colapso. (THOMAS, 2001).
Figura 2: Cascalho sendo removido pelo fluído de perfuração. Fonte: Lima (2001)
Ao atingir determinada profundidade, a coluna de perfuração é retirada do poço, e uma coluna de revestimento de aço, de diâmetro inferior ao da broca, é descida no poço. O revestimento é realizado para proteger as paredes dos poços. O anular entre os tubos do revestimento e as paredes do poço é cimentado com a finalidade de isolar as rochas atravessadas, permitindo então o avanço da perfuração com segurança. Após a operação de cimentação, a coluna de perfuração é novamente descida no poço, tendo na sua extremidade uma nova broca de diâmetro menor do que a do revestimento para o prosseguimento da perfuração. (ROCHA, 2008).
O poço é perfurado em diversas fases, cujo número depende das características das rochas a serem perfuradas e da profundidade final prevista. Geralmente, o número das fases de um poço é de três a quatro, podendo chegar a oito, em determinados casos. Cada uma das fases é caracterizada pelos diferentes diâmetros das brocas e é concluída com a descida de uma coluna de revestimento e sua cimentação (ROCHA, 2008).
As atividades de perfuração para exploração e produção de óleo e gás são divididas principalmente em duas fases: Exploração e Desenvolvimento.
 
3.1.2 Perfuração exploratória
A exploração em busca de hidrocarbonetos consiste em métodos indiretos e diretos. Podemos citar como método indireto o levantamento geofísico que permite o mapeamento das grandes estruturas geológicas com suas respectivas profundidades e naturezas, possibilitando a identificação das formações mais promissoras para acumulação de hidrocarbonetos. Entretanto, o método direto de perfuração exploratória continua sendo o único meio pelo qual se pode confirmar a presença e a quantidade de hidrocarbonetos.
As atividades de exploração são normalmente de curta duração (3 a 6 meses), envolvendo um número relativamente pequeno de poços. (BOURGOYNE, 1991).
3.1.3 Perfuração de desenvolvimento
O desenvolvimento de um campo de óleo e/ou gás envolve a perfuração de poços dentro do reservatório identificado através da fase exploratória com o objetivo de iniciar a extração do hidrocarboneto, de aumentar a produção, ou de substituir poços que não estejam mais produzindo de maneira comercialmente viável. Os poços de desenvolvimento tendem a ser de diâmetro menor do que os de exploração, uma vez que as propriedades geológicas e geofísicas são conhecidas e as dificuldades na perfuração podem ser antecipadas (BORGOYNE, 1991).
A perfuração de desenvolvimento normalmente ocorre ao longo de um intervalo de tempo maior, envolvendo poços múltiplos em diferentes partes do reservatório (BORGOYNE, 1991).
BROCAS DE PERFURAÇÃO
As brocas são equipamentos que tem a função de estabelecer a ruptura e desagregação das rochas, são de extrema importância dentro da perfuração de poços, para cada fase é necessária à escolha correta da broca, pois a escolha da broca influencia na produção, custo e rendimento do poço. (SANTANA, 2010).
Quando se utilizava a perfuração por percussão, a perfuração de poços consistia em bater com uma coluna pesadíssima no poço para romper a rocha, comprometendo assim a formação rochosa. Já nos dias atuais, utilizamos a perfuração rotativa que utiliza a broca para acunhamento�, raspagem e moagem, torção, percussão de esmagamento e até mesmo erosão por ação de jatos de fluidos. (SANTANA, 2010).
Quando se perfura um poço, primeiro deve-se fazer o estudo da formação rochosa que será perfurada para poder escolher qual broca terá um melhor desempenho e será mais econômica, mediante o estudo da formação.
A broca fica localizada na ponta da coluna de perfuração, é um dispositivo giratório que geralmente consiste em dois ou três cones, elas são fabricadas com material de extrema dureza, como aço, carboneto de tungstênio e/ou diamantes naturais ou sintéticos. (SANTANA, 2010).
É um dispositivo importantíssimo no processo de perfuração de um poço de petróleo.
4.1 Histórico
A perfuração de poços é realizada desde a época em que os chineses utilizavam o sistema baseado em alavanca no qual o tronco de madeira era cravado no solo. Com o passar dos anos o sistema evolui no ocidente para o chamado Spring Pole, que também era baseado no sistema de alavanca. A diferença com relação ao anterior é a utilização da energia potencial elástica da viga durante o processo de percussão da ferramenta no fundo do poço. A broca de perfuração é um fator determinante na construção de poços de petróleo e gás. Os poços passaram ser direcionais com intermitentes geometrias como mostra a figura 3, poços horizontais com ramificações com áreas de fluxo cada vez maiores, aumentando a produção e a recuperação final do campo (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Figura 3: Poços direcionais de geometria complexa (3D) (Fonte: PLACIDO, J., PINHO, R., 2009)
Hoje em dia falam de novas tecnologias, deixando a tecnologia rudimentar de ferramentas de perfuração a cabo, passando pelos equipamentos rotativos, até os sistemas direcionais de alto alcance, as indústrias ficaram mais exigentes e os projetos de brocas tiveram que se adaptar (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Hoje em dia já não se fala tão somente em perfurar, mais também de se navegar pelo subsolo de forma a construir a trajetória de um poço para que alcance o objetivo final com êxito. A tecnologia atual se aproveita da última tecnologia de navegação, novos materiais, desenho mecânico, comunicação e informática: da primitiva broca de arraste, tipo rabo de peixe passando pela evolução que gerou as brocas de cones rotativos no princípio do século XX e terminando com as linhas de brocas, buscando aprimorar sempre para que atenda as exigências dos projetos complicados. Na Figura 4 está ilustrada de forma sucinta e resumida a evolução desde 1958 até os dias atuais. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Figura 4: Evolução das Brocas de perfuração (Fonte: PLÁCIDO, J, PINHO, R., 2009)
Figura 4: Evolução das Brocas de perfuração (Fonte: PLÁCIDO, J, PINHO, R., 2009)
4.2 Classificações das Brocas
A broca é um equipamento fundamental para a perfuração, deve ser bem escolhida de acordo com analise feita da formação rochosa, pois há diferentes tipos de brocas, sendo cada broca utilizada de acordo com a formação á ser perfurada. As brocas são divididas em dois grupos:brocas sem partes móveis, e com partes móveis, os principais tipos são: integrais de lâminas de aço, diamantes naturais e diamantes artificiais PDC/TPS (SANTANA, 2010).
4.3 BROCAS SEM PARTES MÓVEIS
São utilizadas desde os meados do sec. XX na indústria de petróleo e gás quando se tem o aumento da demanda mundial de petróleo durante a 2° guerra mundial, surge então à necessidade de perfurar poços mais profundos, onde são encontradas formações mais duras e abrasivas. São brocas que, por não possuir partes móveis e rolamentos, reduz a possibilidade de falhas. (PLÁCIDO, 2007).
De acordo com apostila de Plácido e Pinho (2009) atualmente se utiliza matriz de aço para fabricar os corpos das brocas dependendo da abrasividade da formação e o conteúdo de material erosivo no fluido de perfuração para que seja usada.
Os principais tipos de brocas sem partes móveis segundo Triggia et al (2001) são: de lâminas de aço, diamantes naturais e diamantes sintéticos. As mais utilizadas nos dias atuais são a de PDC e impregnadas.
4.3.1 Broca de Rabo de peixe 
Conhecidas como rabo de peixe (Fish tail) (Figura 5) foram as primeiras a serem utilizadas na perfuração. Perfuram por cisalhamento e sua estrutura cortante possui vida útil muito curta. Este tipo de broca praticamente desapareceu da perfuração com o aparecimento das brocas tricônicas. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Figura 5: Broca Fish Tail (Fonte: PLÁCIDO, J., PINHO, R., 2009)
4.3.2 Brocas de diamantes naturais
Brocas de diamantes naturais perfuram por esmerilhamento, e antigamente, eram usadas em formações que a fish tail não conseguia perfurar (daí vem à necessidade de estudar qual broca tem melhor desempenho em determinada camada). Hoje são usadas em testemunhagem e em formações extremamente duras e abrasivas. As brocas com estrutura cortante de diamantes naturais são formadas de um grande número de diamantes industrializados fixados em uma matriz metálica especial, conforme mostra a Figura 6. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
 
Figura 6: Brocas de diamantes naturais (Fonte: PLÁCIDO, J., PINHO, R., 2009)
4.3.3 Brocas PDC
O mecanismo de corte das brocas PDC (Plycrystalline Diamond Compact) é por cisalhamento para gerar um efeito de cunha. A estrutura de corte é formada por pastilhas ou compactos montados sobre bases cilíndricas. A pastilha é composta por uma camada fina de partículas de diamantes aglutinados com cobalto, fixada a outra camada composta por carbureto de tungstênio (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
As brocas PDC foram desenvolvidas para perfurar formações moles com alta taxa de penetração e maior vida útil. Quando se perfura em formações duras o calor gerado durante a perfuração destrói a ligação entre os diamantes e o cobalto. Mais à frente foram desenvolvidos compactos TSP (Thermally Stable Pollycrystalline), que por não possuírem cobalto, resistem mais ao calor, como mostra a Figura 7.
Figura7: Brocas PDC (plycrystalline Diamond Compact) (Fonte: PLÁCIDO, J., PINHO, R., 2009)
4.3.4 Brocas Impregnadas
Estas brocas são uma evolução das brocas de diamantes e possuem seus elementos de corte (cristais de diamante) contidos na matriz de carboneto de tungstênio, utilizadas em ambientes de perfuração duros e abrasivos. São brocas (Figura 8) geralmente usadas com turbinas ou motores de alta rotação. O esmerilhamento da formação sujeita a altas rotações leva a quebra da cimentação entre os grãos da rocha (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Durante a ação da broca, são lançadas brocas de cristais de diamante, que se expõe ao ambiente de perfuração, mantendo a estrutura de corte afiada e atingindo resultados satisfatórios. (PLÁCIDO e PINHO, 2009). 
Figura 8: Broca impregnada. (Fonte: PLÁCIDO, J., PINHO, R., 2009)
Com o desgaste da broca, surgem novos cristais de diamantes impregnados na matriz, os mesmos se expõem gradativamente ao ambiente de perfuração mantendo a estrutura de corte afiada durante todo processo de perfuração. (PLÁCIDO e PINHO, 2009). Na Figura 9 podemos observar uma broca impregnada desgastada.
Figura 9: Broca Impregnada Desgastada (Fonte: PLÁCIDO, J., PINHO, R.,2009)
 4.4 BROCAS COM PARTES MÓVEIS
Brocas que utilizam estruturas cortantes e rolamentos podem ter de um a quatro cones, sendo as mais utilizadas as tricônicas pela sua eficiência e menor custo inicial em relação às demais. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Possuem dois elementos: Estrutura cortante e Rolamentos.
4.4.1 Estrutura cortante
 A ação da estrutura cortante das brocas tricônicas envolve a combinação de ações de raspagem, lascamento, esmagamento e erosão por impacto dos jatos de lama, o efeito de raspagem é predominante; em rochas duras, cuja taxa de penetração é baixa e os custos de perfuração tendem a ser alto, o mecanismo de esmagamento provou ser o mais adequado. Elas são divididas em: Brocas de dentes de aços e Brocas de inserto (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
4.4.2 Brocas de dentes de aços
São utilizadas para formações de mole à média. Sua ação predominante é a raspagem.
4.4.3 Brocas de inserto
São brocas de Insertos de Tungstênio tipo T1 e T3. O Inserto de carbureto de tungsténio T1 é usado em brocas de metal duro para rochas moles. O T3 é usado em brocas de ligas para rochas duras. Diferentes classes são adequadas para diferentes durezas de rocha. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
 4.4.4 Rolamentos
Existem três tipos de rolamentos que compõe as brocas: Roletes e esferas não selados, Roletes e esferas selados e Mancais de fricção tipo journal. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Roletes e esferas não selados: não possuem lubrificação própria, sendo lubrificados pelo fluido de perfuração, apresentam menores custos e sua resistência ao desgaste também é menor.
Roletes e esferas selados: Há um sistema interno de lubrificação que não permite o contato do fluido de perfuração com os rolamentos, aumentando a vida útil da broca.
 Mancais de fricção tipo journal: Os roletes são substituídos por mancais de fricção revestidos por metais nobres e possuem dispositivo interno de lubrificação. Possuem maiores custos, mas são mais eficazes e as que apresentam baixo índice de falha.
BROCAS ESPECIAIS
5.1 Brocas desviadoras
As brocas de jatos desviadoras, tem como finalidade a perfuração direcional de formações moles. O tubo de perfuração é inclinado dentro do poço e o jato maior é apontado de modo que quando se aplica pressão das bombas, ele perfura a lateral do poço em uma direção específica. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
5.2 Brocas Coroas
É uma broca de cortadores fixos de PDC ou de Diamante. As brocas possuem um furo no centro que permite que parte da formação não seja cortada pela broca, obtendo assim um testemunho para análise mais detalhada das formações (SANTANA, 2010)
5.3 Brocas especiais
A principal broca para trabalhar em condições especiais é a broca para perfurar com ar. A broca de jatos de ar é apontada de modo que quando se aplica pressão nas bambas se perfurar com ar, gás ou vapor. Estas brocas estão providas de condutos para circular através dos rolamentos convencionais não selados para esfriá-los e mantê-los limpos (SANTANA, 2010).
CORPO DA BROCA
O corpo da broca e composto:
Conexão rosqueada que une a broca com o tubo de perfuração.
Possui três eixos de rolamentos onde são montados os cones.
Depósitos que lubrificam, para rolamentos.
Orifícios através dos quais passa o fluido de perfuração.
O corpo da broca tem como propósito direcionar o fluido de perfuração para tornar a limpeza mais afetiva no fundo do poço, esses orifícios estão localizados para direcionar o fluido de perfuração para que os mesmos limpem os cones das brocas no fundo do poço. A Figura 10 mostra a ação dos jatos. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Figura 10: Ação dos jatos na limpeza dos cones e do fundo do poço (Fonte: PLÁCIDO, J., R.,2009)
As brocas de cone são as mais utilizadas na atualidade para a perfuração petrolífera.
São produzidas de acordo com características especificas de cada fabricanteatendendo de acordo com o código de padronização emitido pela IADC (Internacional Association of Drilling contractors). (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE BROCAS
7.1 Objetivos de perfuração
É fundamental conhecer o processo de seleção para saber os objetivos da perfuração, que incluem todo o tipo de requisitos especiais de operação para perfurar o poço. Com estas informações ajudará a determinar a melhor broca que requer a aplicação e concentrar seus esforços para assim obter um resultado satisfatório para a companhia perfuradora e garantir que utilizem seus requisitos de perfuração. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
7.2 Rendimento
O desafio maior do operador é perfurar o poço no menor tempo possível. Para isto, o operador precisa orientar a seleção das brocas para que consiga selecionar uma broca que tenha maior duração. Busca-se, principalmente, a máxima quantidade de metros em um tempo de rotação aceitável, eliminando assim o custoso tempo de manobra (PLÁCIDO e PINHO, 2009). 
7.3 Economia
O meio econômico é um fator fundamental para a aceitação de brocas de diamantes, sempre e quando as análises de custo assim determinam. Caso contrário se deve selecionar brocas tricônicas (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
7.4 Direcional
Após as formações serem analisadas temos que saber qual o tipo direcional será feito para selecionar as características de uma broca, seja ela tricônicas ou de diamante. A broca de diamante tem um grande alcance e são grandes as suas possibilidades para perfurar no sentido horizontal. Os poços horizontais geralmente têm seções homogêneas muito prolongadas que são ótimas para as aplicações com brocas de diamante. A densidade dos cortadores, a quantidade de canaletas, o controle de vibração e o calibre da broca são parâmetros de seleção fundamentais quando se estudam aplicações direcionais. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
7.5 Taxa de penetração
A taxa de penetração é uma indicação da dureza da rocha; porém ao fazer uma escolha errada da broca pode se ocultar as características de dureza da rocha. A broca para formações mais duras, devido à densidade de seus cortadores e da projeção de seus dentes, tem um limite superior de coeficiente de penetração. Geralmente, à medida que se perfura mais fundo, se espera utilizar brocas cada vez mais duras, por esta razão, se escolhe as brocas para cada intervalo determinado antes de iniciar a perfuração. Porém a análise das resistências das rochas tem revelado que nem sempre é necessária uma broca mais resistente e, em muitos casos, as brocas para formações mais moles podem ser utilizadas com êxito em partes mais profundas do poço. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
7.6 Fluidos de perfuração
A broca de perfuração pode variar o seu rendimento caso não utilize o tipo certo de fluido ou não utilize um fluido de boa qualidade. Quando se utiliza um fluido de perfuração com base óleo o rendimento das estruturas de corte de PDC é melhor. O rendimento da broca de diamante natural e TSP variam segundo a litologia. 
Quando se utiliza fluido de perfuração à base água, se apresenta maiores problemas de limpeza em função da reatividade das formações na fase aquosa do fluido de perfuração. Os registros podem determinar a variação e nível de efetividade dos fluidos de perfuração. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
7.7 Energia hidráulica
A energia hidráulica é responsável pela limpeza e o esfriamento da broca. É referenciada em termos de cavalo de força hidráulica por polegada quadrada de superfície em todas as seções do poço. A seleção da broca e os parâmetros de operações são essenciais para a energia hidráulica ter um melhor desempenho. As brocas de diamante devem funcionar de acordo com escalas hidráulicas específicas para assegurar sua eficiente limpeza e esfriamento. Os regimes de surgência insuficientes e o índice de potência hidráulica (HSI) afetam o esfriamento da broca e podem causar danos térmicos à estrutura dos cortadores. Quando há falta de limpeza da broca, ela ficará encerrada o que provocará um rendimento deficiente (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
7.8 Parâmetros mecânicos 
O peso e rotação a serem utilizados na broca podem ser determinados através de poços com correlação ou com modelos de cálculos para taxa de penetração e o desgaste da broca. Drill off test, consiste em medir o tempo necessário para a diminuição de um determinado valor de peso sobre a broca quando se estiver utilizando o freio do guincho (THOMAS, 2001).
7.9 Parâmetros hidráulicos 
A má utilização de energia hidráulica resulta em uma ação deficiente da broca sobre a rocha perfurada, uma vez que os dentes da broca têm que retalhar os cascalhos acumulados no fundo poço. É possível melhorar as condições hidráulicas tampando uns dos jatos da broca ou estendendo ele até mais perto da formação. É possível utilizar brocas com 4 jatos em formações plásticas, evitando o acumulo de fragmentos de rocha entre os dentes das brocas. (SZILAS, 1975).
Saber identificar o momento certo de trocar uma broca desgastada, que está trabalhando no fundo do poço, é significativo, pois ajuda a reduzir custos, o que é um benefício em locais de altos custos. Ainda assim, as técnicas correntes estão baseadas mais em especulação e esperança do que na ciência (SZILAS, 1975).
7.10 Custos
A broca é um dos custos mais elevados da perfuração, por isso são necessárias análises das formações, entre outros parâmetros, para saber exatamente qual broca é a mais apropriada em relação ao custo e benefício. Os engenheiros de projeto e operação devem levar em conta o número de variáveis que afetam o custo de um poço e que dependem do tempo. Uma broca de diamante com possibilidade de reutilização pode propiciar custos mais baixos de perfuração. (SANTANA, 2010)
7.11 Limitações de peso sobre a broca (PSB)
Na proporção em que a broca perfura, os dentes/cortadores se desgastam, e, regra geral, se aplica cada vez mais peso. O referido aumento de peso pode ser feito até chegar a um ritmo de penetração adequado ou ao limite prescrito nas recomendações de operação da broca, do contrário, haverá um desgaste prematuro na broca, seja ela de cones ou de diamante (PLÁCIDO 2007).
7.12 Poços profundos
Estes poços exigem um tempo muito elevado em relação à manobra e ao tempo da perfuração. Como isso a eficiência de perfuração é extremamente reduzida. Mediante a esta situação é indicado utilizar uma broca de diamante, pois ela oferece maior duração da broca, com isso menor quantidade de manobras e melhor eficiência da perfuração (SZILAS, 1975).
7.13 Poços de diâmetro reduzido
Quando o poço é menor que 6.1/2 polegadas, é preciso fazer a redução física do tamanho dos rolamentos em todas as brocas de rolos. Diante dessas limitações, é necessária uma limitação do PSB (Peso sobre a Broca). Deve-se considerar utilizar uma broca de diamante, pois ele poderá aumentar o coeficiente de penetração e assim permanecer no poço por um tempo maior (SZILAS, 1975).
7.14 Seleção em função da formação 
O primeiro e mais importante passo antes de se perfurar é conhecer e ter a descrição das formações rochosas. Se a formação for muito elástica, ela tende a deformar quando se comprime ao invés de fraturar, ainda que a rocha possua resistência à compressão relativamente baixa. É provável que a broca não consiga gerar corte facilmente. Em situações de perfuração com brocas de PDC é recomendável o uso de cortadores maiores. (THOMAS, 2001).
Obtendo os dados sobre as formações que serão perfuradas, se consegue selecionar com mais facilidade qual tipo de broca é a mais apropriada e a densidade que requer a aplicação da mesma (THOMAS, 2001).
7.15 Litologia
 A litologia é uma das partes principais para ter um melhor desempenho com a broca escolhida. Ao se identificar qual tipo de rocha se irá perfurar, obtém – se o tipo de corte necessário para vencer a sua resistência, a densidade necessária para os cortadores, a configuração hidráulica para se estimar a duração da broca eseu coeficiente de penetração (CORREA, 2004)
7.16 Vibração 
 A vibração é um processo fundamental no rendimento e na duração das brocas de perfuração. O controle das vibrações forma, na atualidade, parte integral da tecnologia de projetos das brocas. 
A seleção das brocas está associada a parâmetros que se referem especialmente ao controle de vibração. A seleção do calibre da broca também desempenha função importante para determinar o nível de controle de vibrações, seja ela tricônica ou de diamantes (CORREA, 2004).
CISALHAMENTO X FRATURAMENTO X ESMERILHAMENTO
Para cada grupo de rocha existe um tipo de broca diferente, elas são projetadas de acordo com propriedades físicas das formações.
O conhecimento da formação a ser perfurada é imprescindível, para que possa ser feita a escolha correta da broca compatível com o tipo de rocha, cuja destruição é promovida pelos dentes de três maneiras diferentes. (SANTANA, 2010).
8.1 Cisalhamento 
A broca produz a raspagem das rochas que, quando a rocha aliada a uma torção saca o material raspado, removendo-o da ação do dente. O efeito é maior em rochas moles (SANTANA, 2010).
8.2 Fraturamento
A broca trabalha provocando o fraturamento da rocha, que também aliado à torção, limpa o material fraturado. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Broca para rochas dura promovem esse efeito, sendo assim, os eixos das superfícies cônicas, tendem a coincidir com o centro da broca. (SANTANA, 2010).
8.3 Esmerilhamento 
Ação pela broca na rocha causa o efeito de abrasão, e por isto requer uma superfície de contanto recoberta por um material mais duro que a própria rocha. São usadas para esse tipo de rochas, formações mais duras ou abrasivas, as brocas de diamante (SANTANA, 2010).
 Para formações mais duras existe a necessidade de usar pelo modo que as brocas agem que sejam compostas por dentes mais resistentes. Sem a necessidade de serem afiados, pois a penetração se dá pelo efeito da compreensão exercida. Ao contrário do que é para as rochas duras, para rochas brandas, os dentes devem ser longos, espaçados e afiados, permitindo maior taxa de penetração e maior eficiência, sem necessidade de muito peso (PLÁCIDO, 2007).
DESGASTE DAS BROCAS 
Os fatores que afetam o desgaste das brocas se classificam em: geológicos, de operação e de manejo e transporte. Os parâmetros de manejo e de transporte podem ser evitados, contudo o primeiro deve ser bem estudado antes da definição do tipo de broca a ser utilizado. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
9.1 Fatores geológicos 
Trata-se de fatores de grande importância na seleção e operação de uma broca. O conhecimento da geologia do poço a perfurar e dizer as propriedades físicas da formação (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Entre estes fatores podem-se destacar: Abrasividade e resistência específica da rocha.
9.1.1 Abrasividade
A existência de materiais abrasivos na natureza física da rocha é a causa de desgaste prematuro em todas as estruturas de uma broca. O calibre é o parâmetro mais afetado. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
9.1.2 Resistência específica da rocha 
Essa resistência tem a ver com a litologia e os eventos geológicos que foram experimentados. Há determinados tipos de rochas que foram confinados a profundidades significativas e depois ficaram a profundidades menores devido a levantamentos tectônicos. Por esta razão, são mais compactas que as de tipos similares, mas que não trocaram de profundidade ao longo do tempo. Outro fator que afeta a resistência da rocha é da cimentação dos grãos, forma e tamanho. (SANTANA, 2010).
9.2 Fatores de operação
Estes fatores devem ser definidos de acordo com a geologia e com a geometria do poço. Podem ser modificados em campo de acordo com o desempenho observado (THOMAS, 2001).
 Os principais fatores de operação e as consequências inerentes a uma seleção inadequada são: Velocidade de rotação, Limpeza do fundo do poço e Geometria do poço.
9.2.1 Velocidade de Rotação
Essa velocidade pode ser medida em RPM (Frequência por Rotação). Uma rotação por minuto é uma unidade de frequência que se usa também para expressar velocidade angular. Neste contexto, indica-se o número de rotações completadas a cada minuto por um corpo que gira ao redor de um eixo. 
A alta velocidade de rotação, individualmente, não limita o funcionamento das brocas, em especial as de diamante, principalmente pelo fato de seu desenho permitir serem usadas com motor de fundo ou turbina. Existem, igualmente, brocas de tricônicas especiais para altas velocidades de rotação. Para evitar velocidades criticas, a velocidade de rotação mais apropriada é aquela que produz um máximo ritmo de perfuração sem causar problemas. 
Deve-se assinalar que, em formações moles um aumento na velocidade de rotação resulta em um aumento proporcional do ritmo de penetração. Pode ocorrer que em algumas formações mais duras ocorra o contrário. Um caso particular é o das brocas de cones projetadas para serem usadas com motor de fundo ou turbina. Nesse caso especial à velocidade de rotação é alta, os motores de fundo, conforme seu diâmetro pode chegar a uma velocidade de rotação de 50 a 600rpm, e as turbinas a uma velocidade de rotação maior que 1000rpm. 
O projeto específico se traduz em melhorias no sistema de rolamento, hidráulica, recobrimento de carboneto de tungstênio para proteger contra a abrasão e selo e graxa para operar em condições de alta temperatura com segurança (THOMAS, 2001).
9.2.2 Limpeza do fundo do poço 
Esta operação também representa um dos fatores que afetam o desgaste da broca, por esta razão é que o fluido de perfuração limpa o poço e carrega os cascalhos. Desse modo, pode-se evitar que a broca embole ou retrabalhe. Esse processo efetua o esfriamento dos dentes ou cortadores e lubrifica a broca, evitando assim o desgaste. (CORREA, 2003).
9.2.3 Geometria do poço 
Em algumas situações especiais como a de desviar um poço, torna-se necessário utilizar condições de operação “não recomendáveis” como o peso sobre a broca, RPM (Frequência por Rotação) para aumentar, diminuir ou manter o ângulo. Nessas situações especiais, ocorre o desgaste prematuro das brocas. (CORREA, 2003).
9.3 Manejo e Transporte 
Pode-se também assinalar que outro motivo de desgaste das brocas é o seu manejo e transporte. Neste caso, deve trabalhar-se sob alguns cuidados especiais: depois de retirar da caixa, deve-se colocar sobre madeira ou superfície de borracha. As brocas de diamante têm cortadores frágeis que podem partir em lascas facilmente. Se, por acaso, a broca cair no chão e alguns dentes ou cortadores se romperem é possível que diminua significativamente sua duração. (CORREA, 2003).
 AVALIAÇÕES DO DESGASTE DE BROCAS
A análise e avaliação de cada broca podem ajudar a decidir o tipo de broca que será utilizada posteriormente e se a prática de operação deve ser alterada. É um dos fatores mais importantes para a economia da perfuração em um campo de petróleo em desenvolvimento. Quando se estuda e entende o desgaste de cada broca e o seu aspecto, consegue-se obter o máximo rendimento em cada uma delas. A informação que se obtém ao avaliar o desgaste das brocas pode ser muito significativa. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
O sistema de avaliação de desgaste pode ser utilizado em todos os tipos de brocas: de cones, diamante natural, PDC, TSP, brocas impregnadas, coroas e outras. A tabela de avaliação de desgaste adotada pelo IADC inclui todos os códigos necessários para analisar o desgaste tanto de brocas de cones como das brocas de cortadores fixos (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
 A avaliação estará resumida em oito campos alfanuméricos:
N1 N2 A3 A4 A5 N6 A7 A8
A codificação enfoca os quatro aspectos principais da broca, ou seja: a estrutura de corte, os rolamentos, o calibre, e as observações pertinentes ao motivo da retirada. 
As quatro primeiras colunas descrevem a estrutura cortadora; as duas primeiras definem o desgaste dos dentes, insertos ou cortadores fixos das fileiras interiorese exteriores seja para brocas de cones ou de diamante, onde N1 e N2 são números que variam de 0 a 8 de acordo com o desgaste. Comparada com o tamanho original do dente ou do cortador, os números aumentam com a quantidade de desgaste, o zero representa sem desgaste e oito representa desgaste total. O raio da broca será dividido em 3 partes; 2/3 internos serão classificados em N1, o 1/3 externo será classificado em N2; supõe-se que a vida útil total da broca estará vinculada ao desgaste total dos insertos ou dentes; divide-se a altura da estrutura cortante em oito, e o desgaste em frações de 1/8 da altura serão distribuídos a N1 e N2. Ao avaliar uma broca desgastada se deve registrar o valor médio de desgaste. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
Nas brocas de dentes a experiência de campo é fundamental para avaliar seu desgaste, já que ao se analisar a broca definirá o desgaste tanto das fileiras interiores quanto das fileiras exteriores. A3 e A4 são caracteres alfanuméricos, que indicam características e a localização do desgaste principal. A característica principal do desgaste fará referência ao motivo que limitou a vida da broca. A localização visa apontar o ponto da broca onde ficou caracterizado o desgaste principal. 
A5 é um caractere alfanumérico que se refere ao estado dos rolamentos e selos de vedação. Para rolamentos não-selados a avaliação é semelhante à da estrutura de corte, e visa atribuir um número entre 0 e 8 para a sua vida útil; este número será atribuído pela “experiência” da pessoa que classifica a broca, o que pode levar a resultados um pouco diferentes a depender de quem classifica. Para rolamentos selados a avaliação visa aferir apenas se os selos falharam, determinado o fim da vida útil da broca. Nas brocas de cortadores fixos, como não possuem rolamentos, atribui-se um X para A5.
N6 é um número expresso em frações de 1/16 de polegada e indica o calibre da broca. Registra-se “I” se a broca permanece calibrada do contrário registra-se o quão descalibrado está à broca utilizando uma medida de 1/16 polegada. 
A7 é um caractere alfanumérico que serve para anotar características de desgaste da broca, ou seja, as mudanças físicas mais notórias desde sua condição nova, como podem ser: tubeira perdida, cone quebrado, interferência entre cones, etc. E, finalmente A8 é um caractere alfanumérico utilizado para registrar a razão de saída da broca (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
A Figura 11 mostra os critérios de análise de desgaste. 
Figura 11: Critérios de análise de desgaste (Fonte: PLÁCIDO, J, PINHO, R., 2009)
Outros pontos fundamentais para a análise dos registros da broca são: a profundidade de início e término de perfuração, as condições de operação, o tipo, as tubeiras utilizadas, o tempo de perfuração, etc (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
 Incluem-se ainda as observações das condições de operação da broca, que em muitos casos são especiais, como:
• Início de desvio;
• Manter, incrementar ou reduzir ângulo;
• Velocidade de perfuração controlada por perda de circulação, troca de formação, etc;
• Utilização de motor de fundo, turbina;
• perfurar com perda total de circulação;
• perfurar com presença de H2S;
• perfurar sem condições ótimas, como incapacidade do equipamento de perfuração, as revoluções por minutos, etc.
Com as observações mencionadas acima, tem-se um melhor critério para avaliar o desgaste e não se deixará de usar um tipo de broca que tenha sido selecionada corretamente. Isto poderia ocorrer no caso de uma broca de cones que tenha sido usada para iniciar um desvio e ao avaliá-la, tenha se notado um desgaste excessivo. Nos rolamentos em que os metros perfurados sejam poucos, neste caso, a simples inspeção iria supor que a broca obteve um baixo rendimento, mas na realidade, a mesma foi utilizada em operações drásticas com fim específico. (PLÁCIDO e PINHO, 2009).
 ANÁLISE DA RESISTÊNCIA 
A utilização de um método qualitativo, para calcular dureza da rocha, é muito útil para determinar quando se devem usar brocas de PDC. A análise da dureza das rochas antigamente era baseada no uso de registros através da velocidade das ondas sonoras. Atualmente o valor correspondente à resistência é adquirido através de programas de computador. Alguns fabricantes de brocas desenvolveram programas para ajudar na seleção de brocas de PDC. São passados dados dos registros que são introduzidos nos programas, gerando a informação para calcular a resistência da rocha. As utilizações desses programas definem com maior satisfação a dureza da rocha referente à dureza confinada (PLÁCIDO 2007).
 ESTUDO DE CASO
Estudo de caso retirado com base nos resultados do artigo 143686 da SPE, “Hybrid Drill bit Improves Drilling Perfomance in Heterogeneous Formation in Brazil”, escrito por l. Thonson, R. Krasuk, N. Silva e K. Romero em 2011.
Um desafio não importante para a perfuração em termos de desempenho seria perfurar formações geologicamente heterogêneas. Para a utilização em formações mais duras, tais como arenitos e abrasivos com longarinas mais duras de cimento faz- se o uso de brocas tricônicas.
Com base na tecnologia do cortador de PDC (Plycrystalline Diamond Compact), é possível combinar as melhores características dos dois tipos de brocas para perfurar formações geológicas que variam constantemente, variando de uma litologia macia para uma litologia mais dura, e no geral quando não percebemos. Isto é alcançado graças ao uso do design básico de uma broca de PDC, substituindo as lâminas secundarias da periferia por cortadores de rolamentos equipados com insertos de carbonato de tungstênio, resultando em uma broca híbrida. Ela permite a manutenção global da taxa de penetração (ROP) (Rate of Penetration) a níveis muito maiores que uma broca tricônica ou até mesmo a broca de PDC usadas sozinhas. A troca da broca, ou seja, a substituição devido à mudança da formação ou proveniente de desgaste prematuro da broca propicia uma enorme vantagem. De acordo com estudos desenvolvidos no EUA, essa vertente tem com satisfação uma redução de mais de 35% do tempo de perfuração de formações heterogêneas. Não se descarta a importância de fazer uso desta tecnologia no Brasil.
É encontrado no Nordeste do Brasil um desafio análogo: composto por uma sequência geológica intercalada de folhelhos e arenitos. Perfurar este intervalo era um grande desafio, com uma taxa de penetração melhorada, com níveis de vibração menores e esporadicamente reduzindo a necessidade de trocar a broca durante o processo de operação. Experiências feitas no Brasil até o momento mostram que mantendo uma taxa de penetração consistente em formações intercaladas, ajudado por um melhor controle de toolface� devido as melhores flutuações no torque, foi alcançada uma redução de 44% do tempo total de perfuração, enquanto a extensão da corrida feita foi mais que o dobro. Outras experiências futuras desta nova tecnologia estendem - se para as bacias offshore do Brasil (Campos, Santos e Espirito Santo) que, apesar de possuírem uma litologia diferente nos reservatórios, o desafio de heterogeneidade geológica é similar.
12.1 Descrição do caso estudado 
Por serem muito sensíveis ao custo, às operações onshore no Nordeste do Brasil, muitas vezes limita o uso de tecnologias mais avançadas de perfuração. Os principais desafios em poços profundos são: manter a verticalização do poço, superando a tendência de desvios da própria formação; reduzir o número de corridas das brocas, melhorando a taxa de penetração na perfuração de sequências intercaladas de arenitos e folhelhos da formação. São utilizadas nesse cenário brocas de diâmetro de 12 ¼” ou 8 ½”. (THONSON e ROMERO, 2011).
12.2 Ambiente geológico
Localizado em uma parte extensa da bacia do Nordeste brasileiro conhecido como Bacia Potiguar, encontra-se o campo Góes que está distribuído entre os estados do Rio grande do Norte e parte do Ceará, (figura 12). Ele possui uma extensão de aproximadamente 48000 km², sendo que 55% dele está submersas. 
Figura 12: Localizaçãoda Bacia de Potiguar (Fonte: THONSON, l., KRASUK, R., ROMERO, K., 2011)
A discussão se baseia no intervalo gerado pela formação Cretaceous Pendência. A formação tem como característica arenitos leves que estão intercalados com folhelhos plásticos e siltito cinza. A dureza do arenito oferece uma variação de maneira, que uma vez que o tamanho de seus grãos varia de fino a grosso, pode-se levar em consideração o padrão da dureza. Existe uma pendência na maior parte da Bacia, ela se estende desde um intervalo de 730 m até o embasamento, este poço foi previsto para ter 4200 m de profundidade. 
Estabelece um tempo de transmissão acústica compressiva, que no intervalo analisado oscila de 60us/ft em camadas de arenito a 100us/ft nas formações com maiores teores de argila. (THONSON e ROMERO, 2011).
12.3 Brocas e sistema de perfuração usada nas fases 12¼ na Bacia Potiguar
Foram usadas brocas na maioria das fases perfuradas nesta área, brocas tricônicas (447 a 537 de acordo ao código lACC). A seleção da broca de perfuração deve ser selecionada para ter uma estrutura de corte adequada para perfurar em sequências altamente intercaladas, cuja litologias são compostas por folhelho e arenitos, devem apresentar valores, em médias de UCS (Unconfined Compressive Strengh), que oscilam de 5000 a 20000 psi. A ocorrência de intercalação natural da formação e o contraste da resistência das rochas faz com que as brocas tricônicas trabalhem com baixas performances em relação à taxa de penetração e distância perfurada, resultando no aumento significativo de corridas requeridas para completar a fase. As brocas utilizadas apresentam geralmente danos rígidos nos cortadores. Como nos mostra a Figura 13 uma broca tricônica danificada. (THONSON e ROMERO, 2011).
Figura 13: Brocas tricônicas danificadas (Fonte: THONSON, l., KRASUK, R., ROMERO, K., 2011)
O dano da broca está diretamente ligado à ruptura e a lascagem do inserto devido ao impacto provocado quando a broca passa de uma formação mais mole para uma mais dura. 
12.4 Sistema de perfuração e broca híbrida
Para superar todos os desafios na perfuração de um poço vertical na fase 12¼” na formação relacionada, foi usada uma broca hibrida em combinação com um sistema de perfuração automatizado.
12.5 Sistema de perfuração direcional automatizado
O sistema de perfuração direcional 3-D não rotativo projetado para fazer poços verticais ou com baixa inclinação (até 30° de inclinação e em torno de 3°/30m de dogleg severity) foi usado para controlar a verticalização do poço durante a perfuração e também influenciou na execução e estabilidade da broca, diminuindo a ocorrência de vibração. A ferramenta foi usada na configuração básica que consiste numa "cabeça" de direcionamento, um motor de fundo com seção de potência, um control sub e um power sub, utilizado na operação de perfuração vertical. A figura 14 mostra a ferramenta (THONSON e ROMERO, 2011).
Figura 14: Desenho esquemático das ferramentas automatizadas usadas nas corridas feitas com broca híbrida (Adaptada: THONSON, l., KRASUK, R., ROMERO, K., 2011)
12.6 Tecnologia da broca
A broca hibrida utilizada no processo de perfuração na bacia do Potiguar, combina elementos da broca tricônica com elementos de cortadores fixos, projetada para tirar vantagem dos melhores atributos de cada um dos dois tipos de broca. A broca de PDC age de maneira agressiva e rápida, através do cisalhamento da rocha e o suave e baixo torque da broca TCI, provoca o esmagamento da rocha. A broca híbrida utilizada foi diretamente baseada numa broca de PDC 6-blade, em que as lâminas secundárias foram substituídas por cortadores truncados. A broca híbrida tem três cones da broca TCI, três lâminas com alta resistência ao impacto da broca de PDC e uma fileira de cortadores reserva para aumentar a densidade e proteção dos cortadores mais exteriores, como mostra a Figura 15.
Figura 15: Broca híbrida utilizada (Fonte: THONSON, l., KRASUK, R., ROMERO, K., 2011)
Composta com três lâminas primárias no centro da broca, a porção central do poço é "cortada" exclusivamente por cortadores de PDC, no entanto na porção mais externa, é mais difícil de ser perfurar, é "cortada" pelos cortadores de PDC na área do nariz do ombro das lâminas combinados com os cortadores dos três cones. (THONSON, 2011).
Devido à estrutura única de corte e único mecanismo de corte da broca híbrida, tem por representação um desempenho melhorado em formações duras e intercalado com aumento da durabilidade nas zonas de transição, essa broca tem como fator perfurar formações intercaladas e nodulares e em aplicações em que altos níveis de vibração são um risco, e tem apresentado menores flutuações e valores de torque, aperfeiçoando o controle da toolface e reduzindo a vibração torcional, relativa à broca de PDC. Na figura 16 pode-se observar o resultado da flutuação dos valores de torque de testes elaborados em laboratórios em que uma broca híbrida, uma PDC e uma TCI que foram usadas para perfurar um bloco intercalado com valores constantes de peso sobre a broca (WOB) (Weight on Bit) e (RPM) (Frequência por Rotação). (THONSON e ROMERO, 2011).
Figura 16: Flutuação do torque (Fonte: THONSON, l., KRASUK, R., ROMERO, K., 2011)
Muito usada em diversas áreas de operação, especialmente em aplicações no EUA, antes de vir para o Brasil, a broca híbrida obteve sucesso na perfuração de uma grande variedade de diferentes formações como arenito, folhelho, quartzo, conglomerados, granitos e outras. Com mais de 100 corridas de 35000 m perfurados em poços verticais e direcionais com um sistema de direcionamento rotativo e motores de fundo. De acordo com tais dados as brocas híbridas foram aprovadas para realização de operações no Nordeste do Brasil (THONSON e ROMERO, 2011).
12.7 Corridas feitas com a broca híbrida 
O caminho feito pela broca híbrida foi exatamente de 362 m (de 2138 m a 2500 m) uma corrida em decorrente de uma sequência intercalada de arenito e folhelho da formação pendência, com taxa de penetração média de 5,85 m/h. A Figura 17 mostra a camada de arenitos em amarelo e folhelho em verde, já os parâmetros de perfuração usados (peso sobre a broca está em azul e a velocidade de rotação em preto) e a taxa de penetração medida, (em vermelho), durante a corrida. 
Figura 17: Distribuição de arenitos e folhelhos e taxa de penetração (Fonte: THONSON, l., KRASUK, R., ROMERO, K., 2011)
A taxa de penetração variou de 3 a 8,5 m/h, na maioria das corridas, o peso sobre a broca foi maior que 33000 lb, foi usado 110 RPM com taxa de fluxo igual a 700 galão/min. Além disso, nenhuma flutuação no sistema de grande significância no sistema foi registrada, o que indicou que o uso da broca híbrida foi satisfatório e um bom controle da toolface com uma excelente estabilidade durante a corrida. Além disso, a estrutura cortante da broca híbrida mostrou um baixo desgaste dos cortadores de PDC e de TCI logo após o termino da corrida, como mostra a Figura 18 (THONSON e ROMERO, 2011).
 
Figura 18: Broca híbrida após a corrida (Fonte: THONSON, l., KRASUK, R., ROMERO, K., 2011)
Devido não possuir nenhum tipo de dano na estrutura de corte da broca e o fato do sistema diferencial ter-se mantido fixo durante a corrida indicam que a broca foi bastante estável e reagiu sem problemas quando zonas de transição estavam sendo perfuradas. A broca também obteve uma significativa taxa de menor penetração enquanto perfurava formações moles ou duras, especialmente quando comparada com brocas tricônicas ou de PDC neste cenário.
Dados analisados mostram que a broca híbrida foi capaz de perfurar 362 m em uma única corrida, jás as brocas tricônicas foram capazes de perfurar apenas 417 m no poço 1 em quatro corridas e 207 m no poço 2 em 2 em corridas, considerando-se uma mesma profundidade e um mesmo intervalo da formação. A Figura 19 mostra a comparação entre a distância perfurada e o número de corridas para cada um dos dados (THONSONe ROMERO, 2011).
Figura 19: Comparação entre distância perfurada e números de corridas (Fonte: THONSON, l., KRASUK, R., ROMERO, K., 2011)
12.8 Tendências futuras
Novas oportunidades de implantar a tecnologia da broca híbrida estão sendo adaptadas para lidar com desafio na perfuração, tal como em formações carbonáticas bastante heterogêneas no cenário offshore do Brasil. O mecanismo de esmagamento da broca tricônica combinado ao mecanismo de cisalhamento dos cortadores de PDC irão beneficiar a efetividade da perfuração de rochas para melhor qualificar o trabalho desempenhado pelas brocas híbridas e também para estender a sua aplicação em poços offshore. (THONSON, 2011).
12.9 Conclusões do estudo do caso
A broca híbrida usada no Brasil em conjunto com um bom sistema de perfuração automatizado permitiu que a mesma fosse utilizada de forma significativa favorecendo a operação com resultados em termos de taxa de penetração, controle de versatilidade, distância perfurada e estabilidade na perfuração de formações mais duras e intercaladas. Ainda observou-se que a tecnologia é indicada para formações com altas formações intercaladas nas quais as brocas tricônicas e de PDC não são capazes de demostrar o mesmo desempenho. As corridas executadas com as brocas híbridas irão ser planejadas para operações onshore para melhor qualificar o desempenho realizado da broca, para que possam ser utilizadas futuramente em aplicações offshore.
CONCLUSÃO
Diante do que foi pesquisado e descrito neste trabalho, a indústria petrolífera é considerada como capital-intensivo, e tem como base riscos geológico e elevados custos de mercado. A operação de perfuração tem abrangência tanto no cenário onshore quanto no offshore. É importante que se tenha uma visão de todo campo que rege a perfuração de um poço. A forma como a broca trabalha influência na escolha correta e consequentemente no custo-benefício da operação desejada. Hoje em dia perfurando em lâminas d'água ultra profundas e poços direcionais e horizontais cada vez mais longos, o tempo de manobra acaba se tornando extremamente alto, o que acaba influenciando no custo total da operação de perfuração. Sendo assim, para cada área perfurada a escolha de uma broca de perfuração é de tamanha importância e deve-se levar em conta tantos aspectos tecnológicos como os econômicos.
O desgaste da broca também influencia na perfuração de forma negativa, por meio de fatores geológicos, de manejo e transporte, entretanto a abrasividade também é um dos fatores que pode afetar a operação, causando o desgaste prematuro em todas as estruturas da broca. O calibre é o parâmetro mais afetado.
O conhecimento da área que será perfurada também é imprescindível: os conhecimentos de geologia e litologia da formação, a análise de riscos geofísicos de poços vizinhos, os dados sísmicos da área, se inteirar sobre as propriedades do fluido, hidráulica e de equipamentos. Conhecendo-se o que se passa do poço até a broca, a aquisição de todos esses requisitos acarretará no menor custo de perfuração com máximo de metros de formação perfurados com segurança. 
O caso analisado, da tecnologia da broca híbrida utilizada em conjunto de sistema de perfuração automatizado obteve resultados satisfatórios em termos de taxa de penetração da broca, controle de versatilidade, distância perfurada, estabilidade na perfuração de formações intercaladas e número de corridas da broca.
A broca híbrida por fornecer parâmetros significativos em relação as brocas tricônicas e de PDC que não estabeleceram desempenho favorável, se torna uma tecnologia indicada para formações altamente intercaladas. Serão planejadas corridas com a broca híbrida em operações onshore para que se tenham melhores qualificações da mesma para que se possa utilizá-la, futuramente, em operações offshore.
E indicado a seguinte linha de pesquisa:
Realização de um estudo aprofundado sobre a taxa de penetração com uso de diferentes tipos de fluído de perfuração.
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� O termo acunhamento é usado para o mecanismo de corte de brocas de draga.
� Toolface é um parâmetro usado para orientar a direção de um poço durante a perfuração.