PDC Core Bit como una herramienta con una alta tasa de petróleo y gas, exploración geológica, hidrología y campos de la minería. Este artículo analiza sistemáticamente las características principales y principios estructurales, y por cierto, hablar de las ideas de mejora de la eficiencia de PDC Cortadores.

Características básicas de las brocas PDC

• Dureza y resistencia al desgaste ultra elevadas: Sus dientes de corte están fabricados con fresas de diamante policristalino sintético (PDC). El diamante es famoso por su extrema dureza, y cuando se golpea realmente en formaciones duras a duras, a partir del análisis de desgaste sobre el terreno, su resistencia al desgaste es realmente muy buena.
• Resistencia al impacto y gran tenacidad: El diamante puro es demasiado frágil, por lo que la base está hecha de carburo cementado. Este tipo de diseño compuesto “que combina la dureza del diamante con la tenacidad del sustrato de carburo”, puede soportar bien la carga de impacto en el fondo del pozo, no es propenso a la fractura a gran escala.
• Buen autoafilado: Esta es la clave. Durante el proceso de desgaste, la capa de diamante se desprenderá continuamente y dejará al descubierto nuevas partículas afiladas. Si no puedes mantenerte afilado, la velocidad de perforación no tardará en disminuir.
• Secuencias fluidas y gran calidad de núcleo: la broca sacanúcleos toma el camino del corte anular. Los testigos cilíndricos que se obtienen suelen ser muy completos, que es lo más importante para el análisis geológico.

Estructura principal y desmontaje de las brocas huecas PDC

Si se desmonta una broca hueca en el banco de trabajo, se compone principalmente de estas piezas:

• Cuerpo de perforación: generalmente un cuerpo o matriz de acero, que equivale al esqueleto de la broca.
• Dientes de corte (dientes PDC): Es el componente central de la sinterización del micropolvo de diamante sintético multicapa sobre sustrato de carburo cementado a presión ultraelevada y temperatura elevada. También es una parte directa “cabeza a cabeza” de la roca. La forma de los dientes (redonda, cuña), el tamaño y el ángulo de disposición, cada diseño tenemos que ajustar repetidamente de acuerdo con la formación específica.
• Sistema de vías navegables: que incluye boquillas y paso de caudal. Por él circula el fluido de perforación, que no sólo refrigera la broca, sino que también se lleva los recortes de roca y protege la pared del pozo.
• Zona de protección del manómetro: La parte exterior de la broca suele llevar incrustaciones de materiales resistentes al desgaste (como bloques de diamante impregnados o carburo). Si el desgaste es excesivo, la perforación se encogerá y seguirán los problemas.
• Hilo de conexión: El extremo superior se utiliza para conectar el tubo de perforación o la herramienta de perforación.

Principio de funcionamiento de las brocas huecas PDC

De hecho, el principio no es complicado: la broca gira a gran velocidad bajo la acción del peso sobre la broca y el par, y los afilados dientes de PDC destruyen la roca mediante “cizallamiento“. Al mismo tiempo, el fluido de perforación se lleva los recortes del fondo del pozo a través de la vía de agua y enfría los dientes por el camino. Dado que la parte central de la broca no participa en el corte, a medida que la broca desciende para ”perforar hacia delante", un núcleo cilíndrico entra de forma natural en el tubo de núcleo superior.

Escenarios de aplicación de los bits centrales PDC

• Prospección de petróleo y gas: Obtenga testigos de yacimientos y retírelos para calcular las propiedades físicas, el contenido de petróleo y la estructura de la formación.
• Exploración geológica y minera: perforación del núcleo del yacimiento, utilizado para determinar la ley y calcular las reservas.
• Estudio geológico de ingeniería: puentes, presas, edificios de gran altura antes de la fundación, por lo general lo necesitan para hacer la tierra y la prueba de muestreo de roca.
• Perforación de pozos hidrológicos: muestreo al encontrar la fuente de agua o construir el pozo de control.
• Perforación científica: como la perforación de pozos profundos para la investigación científica continental o la investigación científica marina para estudiar la estructura interna de la Tierra.

Precauciones de selección y uso de las brocas PDC

• Adaptabilidad estratigráfica: El PDC prefiere rocas sedimentarias homogéneas de dureza media a media (por ejemplo, esquisto, arenisca, caliza). Si se encuentran formaciones fracturadas extremadamente blandas, fuertemente abrasivas o intercaladas, el rendimiento de los diseños convencionales se verá muy reducido. No se recomienda perforar con fuerza en estas condiciones, hay que hacer una adaptación especial.
• Optimización de parámetros: El peso sobre la broca, la velocidad y el desplazamiento deben estar bien adaptados. Para ello es necesario encontrar un punto de equilibrio que tenga en cuenta la velocidad de perforación y la vida útil de la broca.
• Limpieza del orificio inferior: si la limpieza hidráulica no se hace bien, los recortes de roca bloquearán la broca formando un “bollo de broca”, seguido de graves daños térmicos, y la broca será básicamente abandonada.

Fresa plana PDC

El cortador PDC plano presenta una estructura plana para una distribución uniforme de la fuerza, una excepcional resistencia al desgaste para una larga vida útil y un diseño versátil y rentable.

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Fresa plana PDC

Fresa PDC de cúpula

El cortador PDC de cúpula utiliza una geometría esférica para una mayor resistencia al impacto, garantiza una disipación uniforme del calor para evitar daños térmicos y se adapta a formaciones variadas.

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Fresa PDC de cúpula

En forma de cresta

El cortador de PDC con forma de cresta presenta proyecciones en forma de cresta para aumentar la eficacia del taladrado, canales de evacuación de virutas optimizados y un diseño antivibraciones para mayor estabilidad.

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En forma de cresta

Cortadora PDC escalonada

La fresa PDC escalonada presenta una estructura escalonada para la rotura escalonada de la roca, un área de contacto reducida para minimizar el calor por fricción y una estabilidad mejorada para un rendimiento fiable.

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Cortadora PDC escalonada

Cómo mejorar la eficacia del uso de cortadores de diamante en brocas de PDC

Esta parte es la más destacada. Si se quiere mejorar la eficiencia, hay que partir de las 3 dimensiones de materiales, diseño y funcionamiento:

1. Optimizar la propia lámina compuesta PDC (la base debe estar firmemente asentada)

Ahora la tecnología PDC ha sido durante mucho tiempo no la tradicional “una capa de sustrato de aleación de diamante” tan simple.

• Mayor resistencia al desgaste y estabilidad térmica: El diamante de grano grueso o mixto puede utilizarse para prolongar considerablemente la vida útil. Además, es muy eficaz añadir una capa de transición resistente al calor (como cerámica o aleación especial) entre el diamante y la aleación. Cuando la broca se frota a alta temperatura en el fondo del pozo, una vez que el cobalto de la aleación migra, el diamante se grafitiza, que es la zona más afectada por el fallo del PDC. En la actualidad, muchos realizan un tratamiento de eliminación del cobalto (lixiviación, etc.) para reducir directamente la fuente de daños térmicos.
• Mejora la resistencia a los impactos y la tenacidad: Solemos hacer que la superficie de unión no sea plana (ondulada o en zigzag) para aumentar el área de unión y evitar la deslaminación. Al mismo tiempo, se refuerza la tenacidad del sustrato de aleación.
• Optimización del perfil del diente y del chaflán: utilizar dientes aerodinámicos/parabólicos para reducir la resistencia al corte. La correspondencia entre el ángulo de desprendimiento trasero y el ángulo de desprendimiento lateral también debe calcularse en función de la formación. Aquí siempre he destacado que un chaflán muy pequeño en el filo de corte puede mejorar mucho la resistencia al impacto y evitar el astillado de los dientes, y el impacto en el afilado es mínimo.

2. Optimice el diseño de la broca (permita que la hoja aproveche al máximo su potencial)

• Diseño personalizado de la distribución de los dientes y del equilibrio de fuerzas: Solemos utilizar CFD y elementos finitos para realizar simulaciones y seguir el “principio de desgaste equitativo”: ajustar la posición radial y circunferencial y la altura de exposición de los dientes para que se desgasten al mismo tiempo en la medida de lo posible y evitar el desguace prematuro de algunos dientes. Otro es el diseño de equilibrio de fuerzas, la fuerza lateral y radial al mínimo. La vibración severa es el mayor asesino de agrietamiento de los dientes PDC.
• Hidráulica eficiente y diseño de vías de flujo: El flujo debe ser capaz de frotar directa y adecuadamente la parte posterior y la cara de cada diente. Si no se puede evacuar el calor, el daño térmico se producirá de inmediato. El canal de flujo debe ser capaz de desplazar rápidamente los restos de la primera fila del diente para evitar cortes repetidos. El arranque de viruta es bueno o malo, lo que se refleja directamente en el ROP (índice de penetración) mecánico.
• Refuerzo de la estructura de protección del gálibo: el uso de materiales secundarios de protección del calibre de orden superior (como bloques de diamante policristalino) puede evitar la contracción del tamaño y el taladrado prematuro debido al fallo de la protección del calibre.

3. Optimización del proceso de perforación y de las operaciones (uso correcto)

• Selección de coincidencias: ésta es la premisa. Las brocas se seleccionan en función de la resistencia a la compresión de la formación, la abrasividad y la presencia de capas intermedias.
• Parámetros de control precisos: La presión de perforación debe estar dentro de los límites recomendados; si es demasiado baja, la broca girará y si es demasiado alta, la broca patinará. La velocidad de rotación debe ajustarse a la presión de la broca para encontrar el punto óptimo de “energía específica mecánica” (es decir, el punto en el que el volumen unitario de roca que se rompe supone un mayor ahorro de trabajo). En caso de que se forme mucha roca, una reducción adecuada de la velocidad puede salvar vidas. Por último, el desplazamiento debe ser suficiente para satisfacer las necesidades de refrigeración y evacuación de virutas.
• Funcionamiento suave para reducir las vibraciones: Comprobar la vibración (axial, lateral y torsional) con herramientas MWD de fondo de pozo para evitar puntos de resonancia. El suministro deberá ser estable para evitar la carga de impacto. Además, la preparación del pozo también es muy importante. Utilice amortiguadores y centralizadores adecuados para suprimir la vibración.

En resumen, la corona de perforación de diamante compuesto es sin duda uno de los representantes de la tecnología de perforación moderna. En esencia, se trata de un conjunto altamente integrado de ciencia de materiales, diseño mecánico, mecánica de fluidos y tecnología de perforación sobre el terreno. Para obtener el rendimiento de perforación más eficiente, la única salida es dedicarse al diseño integrado “formación-broca-parámetro”. Al seleccionar el tipo, es importante alinear repetidamente los requisitos con el ingeniero de acuerdo con las características geológicas específicas. Por cierto, si usted tiene requisitos específicos del proyecto, Field Diamond puede proporcionar cortadores de PDC y brocas muy profesionales y altamente adaptados en la personalización del perfil del diente, la distribución del diente y el diseño hidráulico, que también es una opción de alta calidad para el doble seguro en el proyecto.