Las diferencias entre las barrenas PDC y las barrenas Tricone radican en su diseño estructural y en el mecanismo de rotura de la roca.

La broca de PDC se puede considerar como un "trozo de hierro" integral sin piezas móviles. Su modo de funcionamiento consiste en confiar en esos dientes cortantes de PDC soldados al cuerpo de la broca para "raspar" eficazmente la roca mediante "cizallamiento" o "arado".

En cambio, la broca tricónica es algo totalmente distinto. Es una herramienta dinámica formada por tres conos que giran independientemente. Su mecanismo de rotura de rocas se basa en los dientes o insertos incrustados en los conos para someter a la roca a un alto esfuerzo de "impacto, aplastamiento y trituración".

Es precisamente esta diferencia fundamental de diseño la que conduce directamente a sus importantes variaciones en cuanto a campos de aplicación, rendimiento, parámetros operativos y modos de fallo. El PDC persigue la máxima velocidad al perforar estratos homogéneos, mientras que el tricono ofrece mayor versatilidad y estabilidad en estratos duros, complejos y fracturados.

Aplicaciones y rendimiento

Características	PDC Bit	Broca tricónica
Se aplica mejor a	Estratos homogéneos de blandos a semiduros, como pizarra, caliza, arenisca y capas salinas.	Estratos duros, estratos muy abrasivos, estratos fracturados y estratos complejos con alternancia de texturas duras y blandas, como el granito, el chert y la dolomita.
Índice de penetración	En formaciones adecuadas, la ROP es extremadamente alta, a menudo varias veces superior a la de una broca tricónica.	Más lento que el PDC en formaciones blandas a semiduras, pero puede mantener una ROP estable y fiable en formaciones duras y complejas.
Durabilidad	Debido a la ausencia de piezas móviles, tiene una larga vida útil en estratos estables. El desgaste se concentra principalmente en los dientes de corte.	La vida útil está limitada por la de los rodamientos y las juntas, especialmente a altas velocidades.
Estabilidad	Al encontrarse con capas intermedias duras o zonas de grava, la estabilidad es propensa a sufrir vibraciones y daños por impacto, lo que puede provocar el desprendimiento o la rotura de los dientes de corte.	La acción rompepiedras rodante proporciona una mayor estabilidad y resistencia a los impactos, lo que la hace más adaptable a los tipos de roca cambiantes.
Coste	El coste de adquisición inicial es más elevado. Sin embargo, en aplicaciones adecuadas, debido al largo metraje y a la elevada ROP de una sola broca, su coste unitario por metraje puede ser inferior.	El coste inicial es relativamente bajo. Puede ser más rentable cuando la durabilidad de la broca es la principal consideración para tiradas cortas o en estratos con gran variabilidad.

Diferencia de diseño estructural

Broca de PDC: una herramienta monolítica y robusta

El núcleo de la estructura de las brocas de PDC reside en su sencillez y resistencia. Consiste en un cuerpo de broca robusto (de acero o matriz) y dientes de corte de PDC soldados en cavidades en la superficie de la broca.

La ausencia de piezas móviles es una ventaja clave. Una pieza móvil menos bajo tierra significa un riesgo menos. Esto aumenta enormemente su durabilidad y fiabilidad, y reduce significativamente la probabilidad de accidentes causados por el desgaste de los componentes.

• Broca PDC con cuerpo de acero: Fabricadas a partir de tochos de acero de alta resistencia. Este tipo de broca es rentable y de diseño robusto, con una amplia gama de aplicaciones, especialmente en condiciones de trabajo en las que es necesario dar prioridad a la resistencia al impacto.
• Broca PDC de cuerpo de matriz: Este tipo de broca se fabrica mediante tecnología pulvimetalúrgica, en la que el carburo de wolframio y otros materiales duros se sinterizan junto con aglutinantes. Esto crea una matriz muy resistente a la erosión y al desgaste, lo que hace que la broca matricial sea una opción ideal para perforar estratos abrasivos y garantizar una vida útil más larga.

El elemento de corte propiamente dicho, es decir, el cortador PDC, es un material compuesto fabricado mediante la sinterización de una capa de diamante policristalino sobre un sustrato de carburo de tungsteno. Esta combinación aprovecha la altísima dureza y resistencia al desgaste del diamante, así como la tenacidad y resistencia al impacto del carburo cementado.

La broca tricónica: un complejo conjunto de piezas dinámicas

La broca tricónica es un complejo conjunto mecánico. Sus componentes principales son tres conos, que van instalados sobre cojinetes y giran independientemente a medida que gira la sarta de perforación. Dependiendo de la dureza del estrato, los conos pueden estar recubiertos de dientes de acero fresado (para estratos más blandos) o de insertos de carburo de tungsteno (TCI) (para rocas de dureza media a extrema).

La funcionalidad de la broca tricónica depende totalmente de sus complejos componentes internos, que incluyen un sistema de cojinetes (rodillos, bolas y cojinetes de fricción) y un sistema de lubricación sellado lleno de grasa, que protege los cojinetes del duro entorno del fondo del pozo. Esta complejidad la convierte en una herramienta multifuncional, pero también introduce más puntos potenciales de fallo. El desgaste de los rodamientos y las juntas es el principal factor que limita su vida útil.

Diferencia del mecanismo de rotura de rocas

Broca PDC: la eficacia del cizallamiento

Las brocas de PDC rompen las rocas mediante una acción continua de cizallamiento o arado. Bajo la acción del peso sobre la broca (WOB) y el par de torsión, los afilados dientes cortantes de PDC cortan la formación y avanzan, provocando la rotura de la roca por esfuerzo cortante. Este proceso genera grandes recortes y tiene una eficacia muy elevada, por lo que se puede lograr una velocidad de penetración (ROP) muy alta en una formación homogénea adecuada.

Broca tricónica: la fuerza combinada de trituración, impacto y molienda

La broca tricónica adopta un mecanismo de rotura de rocas de acción múltiple. Cuando la broca gira, los conos ruedan por el fondo del pozo. Los dientes o insertos aplican una tensión de contacto puntual extremadamente alta, impactando y aplastando la roca que hay bajo ellos. A medida que los conos siguen girando, se produce un cierto grado de raspado y trituración entre los dientes y la roca, lo que ayuda a eliminar las crestas de roca que quedan entre los cráteres de impacto iniciales. Esta combinación de "aplastamiento + trituración" hace que el tricono sea muy eficaz cuando se perforan formaciones rocosas duras, abrasivas y heterogéneas, en las que el cizallamiento puro es muy ineficaz.

Parámetros operativos y modos de fallo contrastados

Las técnicas de manejo de estos dos tipos de brocas son completamente diferentes.

Parámetros de funcionamiento

• Las brocas de PDC suelen funcionar mejor con un peso sobre la broca (WOB) más bajo, una velocidad de rotación (RPM) más alta y caudales más elevados para garantizar una refrigeración y limpieza eficaces de los dientes de corte.
• Las brocas tricónicas, por el contrario, están diseñadas para soportar un WOB más elevado para maximizar su efecto de trituración y suelen funcionar a un régimen de revoluciones más bajo para proteger la vida útil de los cojinetes.

Modos de fallo

• Los fallos de las brocas de PDC están relacionados principalmente con los dientes de corte y el cuerpo de la broca, incluido el desgaste abrasivo, la degradación térmica (sobrecalentamiento), los daños por impacto (astillado o fractura) y la erosión de la matriz.
• Los modos de fallo de las brocas tricónicas son más diversos, y suelen incluir el desgaste o la rotura de los dientes/insertos, el fallo de los cojinetes, el fallo de la junta (que puede dar lugar a un "cono perdido") y la erosión del cuerpo de la broca. Lo más problemático de la broca tricónica es que cualquier problema con sus piezas móviles puede poner en peligro toda la broca y provocar costosas operaciones de pesca.

Autor：Leo

Como ingeniero de perforación con más de una década de experiencia práctica sobre el terreno, he pasado incontables horas tomando la decisión crítica entre utilizar una broca PDC o una tricónica. Mi pasión es desmitificar las complejidades de la tecnología de perforación y compartir conocimientos prácticos que puedan ayudar a otros profesionales a optimizar el rendimiento y reducir costes. A través de artículos como éste, espero traducir los complejos principios de ingeniería en conocimientos claros y prácticos que permitan a los perforistas e ingenieros tomar la mejor decisión para sus retos específicos en el fondo del pozo.