Clasificación de las Mechas / Brocas Tipo PDC

 La clasificación de brocas permite una selección y uso eficientes del diamante policristalino compacto (PDC) y la broca de diamante. El sistema de clasificación actualmente en uso fue desarrollado por la Asociación Internacional de Contratistas de Perforación (IADC).

 
Los códigos de clasificación de IADC para cada mecha se generan al colocar el estilo de ésta en la categoría que mejor la describa, de modo que los tipos de brocas similares se agrupen en una sola categoría. El sistema deja una latitud bastante amplia para la interpretación y no es tan preciso ni útil como el Sistema de clasificación IADC para mechas de cono de rodillo.

 

 
Sistema de clasificación de brocas de cortadores fijo.

El sistema está compuesto por cuatro caracteres que designan:

• Material del Cuerpo
• Densidad de corte.
• Tamaño o tipo de cortador.
• Perfil de la Mecha

No considera las características hidráulicas incorporadas en una mecha y no intenta dar una descripción detallada del estilo del cuerpo más allá de la clasificación básica de la longitud total de la cara de corte de la broca. Los diseños especiales que incorporan uso no convencional y densidades de cortadores de calibre no se consideran para la clasificación.

 

Material del cuerpo de la broca

El primer dígito en la Clasificación de Brocas de Cortador Fijo de la IADC describe el material a partir del cual se construye el cuerpo de la broca: M o S para la construcción de la matriz o el cuerpo de acero, respectivamente.

 

Densidad del cortador

El segundo carácter de clasificación IADC es un dígito que representa la densidad de los elementos de corte. Las densidades para el cortador de PDC y los trepanos de diamante de ajuste de superficie se describen por separado mediante el uso de los números 1 a 4 para los bits de PDC y de 6 a 8 para los bits de diamante de ajuste de superficie. Los números 0, 5 y 9 no están definidos.

Específicamente, para los bits de PDC, la clasificación de densidad se relaciona con el recuento del cortador; para brocas de superficie, se relaciona con el tamaño del diamante. Debido a que las densidades de cuchillas más pesadas generalmente corresponden a aplicaciones de perforación más duras, el dígito de clasificación de densidad implica un aspecto de aplicaciones a medida que aumenta.

• Densidad de corte de mechas PDC. La densidad del cortador de las mechas PDC representa el recuento total del cortador, que generalmente incluye el recuento del cortador de calibre. Una designación de 1 representa una densidad de cortador de luz; 4 representa una densidad pesada. Dentro de las reglas de clasificación, una densidad de 1 se refiere a ≤ 30 cortadores; una densidad de 2 se refiere a 30 a 40; la densidad 3 indica 40 a 50; y la densidad 4 se refiere a ≥ 50 cortadores.

Los fabricantes clasifican sus brocas de PDC dentro de estas cuatro categorías numéricas, según los criterios internos del fabricante para la densidad del cortador. Las brocas que están "en el límite" se colocan en una categoría de mayor o menor densidad, según la preferencia del fabricante.

• Densidad de broca de diamante de superficie. La densidad del diamante de la superficie, en números del 6 al 8, clasifica las variaciones en el tamaño del material de corte. El número 6 representa tamaños de diamante> 3 piedras por quilate; 7 representa tamaños de diamante de 3 a 7 piedras por quilate; y 8 representa tamaños de diamante <7 piedras por quilate. Por lo tanto, el tamaño del diamante se vuelve más pequeño a medida que aumenta la clasificación de densidad. Esto generalmente corresponde a lo que se esperaría en los diseños de brocas de superficie destinados a formaciones más duras o más abrasivas.

 

Tamaño o tipo de cortador

El tercer carácter en la clasificación IADC designa el "tamaño" o "tipo" de cortador. Esto difiere nuevamente para los pedacitos de diamante de PDC y de superficie. Para los trepanos de cortador PDC, el tercer carácter es un dígito que representa el tamaño del cortador:

• 1 indica cortadores PDC> 24 mm de diámetro.
• 2 representa fresas de 14 a 24 mm de diámetro.
• 3 indica cortadores PDC <14 pero> 8 mm.
• 4 se utiliza para fresas de <8 mm.

Para mechas de conjunto de superficie, el tercer carácter representa el tipo de diamante:

• 1 indica diamantes naturales.
• 2 se refiere al material de TSP.
• 3 representa combinaciones tales como materiales mixtos de diamante y TSP.
• 4 indicando brocas de diamante impregnadas.

 

Perfil de la Mecha

El carácter final (cuarto) describe la apariencia básica de la broca según la longitud total de la cara de corte. Los bits PDC tipo "cola de pescado" son una excepción como bits; para este tipo de broca, se piensa que la capacidad de limpiar en formaciones suaves de perforación rápida es una característica del cuerpo más importante que el perfil. El número 1 representa las brocas de cola de pescado PDC y las brocas TSP "planas" y de diamante natural; 2, 3 y 4 indican perfiles de mecha cada vez más largos de ambos tipos (un bit PDC prácticamente plano se identificaría con 2, mientras que un trépano de "estilo de turbina" de flanco largo se clasificaría como 4). En lugar de desarrollar una fórmula que relacione la longitud total de la cara de la mecha (profundidad) con el diámetro de la misma, cada fabricante clasifica sus propios perfiles de producto utilizando estas reglas.

 

Clasificación IADC para Evaluación de Mechas

El IADC, junto con SPE, ha establecido un método sistemático para la comunicación de fallas de mechas. La intención del sistema es facilitar y acelerar el desarrollo operativo y del producto basado en el registro preciso de las experiencias de mechas. Este sistema se llama calificación Básica (Bit Dull Grading). El protocolo de clasificación de capas de la IADC evalúa ocho áreas para las brocas de cono de rodillos o siete para mechas de PDC, proporciona un mecanismo para evaluar sistemáticamente las razones para la eliminación de una broca del servicio y establece un método uniforme para la presentación de informes.
 
En parte debido a los análisis, los procesos de diseño de mechas y las eficiencias operativas del producto evolucionan rápidamente. Los ingenieros identifican las características de diseño exitosas que se pueden volver a aplicar y las que no tienen éxito que deben corregirse o abandonarse; las unidades de fabricación reciben retroalimentación sobre la calidad del producto; el personal de ventas migra los aumentos de rendimiento y evita la duplicación de errores entre aplicaciones similares, y así sucesivamente. Todos los fabricantes de bits requieren la recopilación de información aburrida para cada trepano corrido.
 
La clasificación de desgaste de IADC está estrechamente asociada con sus sistemas de clasificación de mechas, y los formatos generales para la clasificación de la broca de corte fijo y la broca de cono de rodillo son similares. Hay diferencias importantes que deben tenerse en cuenta y los dos enfoques no son intercambiables. A continuación se explica la Clasificación de IADC y señala las diferencias entre las reglas de mechas de diamante / PDC y de cono de rodillo.

Sistema de clasificación básica de IADC

Las evaluaciones de calificaciones aburridas de IADC se dividen en cuatro categorías generales de desgaste:

• Estructura de corte (T).
• Rodamientos y juntas (B).
• Calibre (G).
• Observaciones.

Estas y sus subcategorías se describen en la Fig. 1 .


Fig. 1 — Categorías de calificaciones  IADC.

Clasificación de desgaste de la estructura de corte (T)

Para propósitos de clasificación aburrida, las estructuras de corte se subdividen en cuatro subcategorías: filas internas, filas externas, característica principal aburrida de la estructura de corte y ubicación en la cara de la broca donde ocurre la característica aburrida principal. La figura 2 ilustra el sistema de clasificación aburrido.


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Fig. 2 — Sistema de clasificación  IADC.

• Evaluación de la estructura de corte de cono de rodillo. La clasificación  comienza con la evaluación del desgaste en las filas internas de los insertos / dientes (es decir, con los elementos de corte que no tocan la pared del orificio del orificio). La clasificación implica la medición de la reducción de la estructura de la hilera interna combinada causada por la pérdida, el desgaste y / o la rotura con el método de medición descrito anteriormente. Las filas externas de insertos / dientes son las que tocan la pared del orificio del orificio. La clasificación implica la medición de la reducción combinada de los dientes de la hilera externa / estructura de inserción causada por pérdida, desgaste y / o rotura con el método de medición descrito anteriormente.

• Cortador de cono de rodillo o medida de inserción de inserto / diente. La medición de la condición de la estructura de corte del cono de rodillo requiere la evaluación del estado de desgaste del inserto y el diente de la broca. El desgaste se informa mediante el uso de una escala de desgaste de ocho incrementos en la que el desgaste no se representa con "0" y el desgaste total (100%) se representa con "8" 

• Evaluación de desgaste del cortador de bits PDC. El desgaste del cortador se clasifica con una escala de 0 a 8 en la que 0 representa sin desgaste y 8 indica que no queda superficie de corte utilizable ( Fig. 4 ). El desgaste del cortador PDC se mide en la mesa de diamantes, independientemente de la forma, el tamaño, el tipo o la exposición del cortador. La ubicación del desgaste del cortador se clasifica como los dos tercios internos o el tercio externo del radio de la broca ( Fig. 5 ).

Fig.  4: convención de desgaste del cortador (cero es sin desgaste). 
Fig. 5: designación del cuerpo interno / externo para PDC y brocas impregnadas.

• Medición de desgaste del cortador de hileras de interior y exterior de broca PDC. Tanto para PDC como para brocas de diamante de ajuste de superficie, se asigna un valor al desgaste del cortador con el método descrito anteriormente. Para obtener el desgaste promedio de las filas interiores de cortadores que se muestran en la Fig. 5 , los seis cortadores incluidos deben clasificarse individualmente, sumarse como un grupo y promediarse para obtener el grado de desgaste de la fila interior (a + b + c + d + e + f) / 6. Este análisis se repite para cada hoja, y los resultados de la hoja se suman y promedian para el resultado final. Se realiza un análisis similar para los siete cortadores utilizados en las filas de bits exteriores, y los dos resultados se registran en los dos primeros espacios de la forma de clasificación aburrida.

• Característica opaca (D). La característica de la estructura de corte es la característica observada que tiene más probabilidades de limitar el uso adicional de la broca en la aplicación prevista. Se utiliza un código de dos letras para indicar las principales características opacas de la estructura de corte.

La característica principal del cortador sin filo, la tercera subcategoría de la estructura de corte, se registra en el tercer espacio del registro de calificación aburrido. (Tenga en cuenta que la séptima categoría de clasificación señala la estructura no cortante u “otras” características opacas que un bit podría exhibir.) La categoría 3 define solo el desgaste del cortador primario, mientras que la categoría 7 puede usarse para describir el desgaste de la estructura de corte secundaria o las características de desgaste que se relacionan con la broca como un todo y no tienen relación con la estructura de corte. Los códigos de calificación para la otra categoría de características aburridas son los mismos que los enumerados anteriormente.

• Rolling-Cone Bit Dull Location (L). Se utiliza un código de dos letras para indicar la ubicación del desgaste o falla que requirió la eliminación de la broca del servicio. Estos códigos se enumeran en la Fig. 2

• Ubicación de la estructura de corte de mechas PDC. El último de los grados de desgaste relacionados con la estructura de corte, ubicación del desgaste, indica la ubicación de la característica de desgaste principal. Las ubicaciones posibles incluyen el cono (C), la nariz (N), el cono (T), el hombro (S), el calibre (G), todas las áreas (A), la fila central (M) y la fila del talón (H). Las calificaciones de ubicación se informan en el cuarto espacio en la forma de calificación aburrida.

 

Criterios de rodamiento y sello (B) (no se utilizan para brocas PDC)

IADC proporciona varios protocolos para estimar el desgaste de los cojinetes y sellos en conjuntos de cojinetes sellados y no sellados. La clasificación de los sellos y rodamientos se aplica solo a las brocas de cono de rodillo. Siempre está marcado "X" para los bits PDC.

• Estimación del desgaste en rodamientos no sellados. Para rodamientos no sellados, el desgaste se estima en una escala lineal de 0 a 8: 0 es nuevo, 8 es 100% gastado.

• Estimación del desgaste en rodamientos sellados. En la Tabla 1 se proporciona una lista de verificación para la condición del sistema de sello y rodamiento. El protocolo de calificación es el siguiente: 

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  Tabla 1-Lista de verificación de la evaluación del sello / rodamiento

• Si no se encuentran problemas con el sello, use el código de clasificación E.

• Si alguno de los componentes del ensamblaje ha fallado, use el código de calificación F.

• Si alguna parte del rodamiento está expuesta o falta, se considera un conjunto ineficaz; De nuevo, use el código de calificación F.

• Use el código de clasificación N si no es posible determinar la condición del sello y del rodamiento.

• Califique cada sello y conjunto de cojinete de forma secuencial por número de cono. Si califica todos los ensamblajes como uno solo, reporte el peor de los casos.

 

Evaluación del calibre (G)

La categoría de calibre del Sistema de Clasificación de Desgaste de Brocas  se usa para informar una condición de bajo calibre para los elementos de corte destinados a tocar la pared del orificio del agujero. Solo para brocas de diamante y PDC, el calibre se mide con un calibre de anillo especificado por API. (No se han emitido las especificaciones API para calibres de anillo para brocas de cono de rodillo).

• Clasificación de medidor  de cono de rodillo. Para las mechas tricónicas, la "regla de los dos tercios" se aplica a la medición de la condición del calibre. La cantidad fuera de medida, medida por el indicador de anillo, se multiplica por dos tercios para dar la condición de medición real.

Para brocas de dos conos, el calibre es la distancia medida desde el calibre o los elementos del talón, lo que esté más cerca del calibre.
Las mediciones se toman en el calibrador o en los elementos de corte del talón, el que esté más cerca del calibrador ( Fig. 6 ). Se reportan incrementos de bajo calibre de 1/16 pulg. Si un bit es de 1/16 pulg. Debajo del medidor, el informe del medidor es 1. Si un bit está de 1/8 pulg. (2/16 pulg.) Del medidor, el medidor es 2. Si un bit es de 3 3 16 pulg. .medio indicador, el informe del indicador es 3, y así sucesivamente. Redondee al 1 ∕ 16 pulg. Más cercano. Las reglas del calibre se aplican solo a los elementos de la estructura de corte.

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  Fig. 6 — Medición fuera de calibre.
  
   

• Clasificación de calibre de mechas PDC. Para brocas de diamante y PDC, el calibre se mide con un calibre de anillo nominal. El uso de un código "IN" indica que la mecha permanece en el indicador. Se reportan incrementos de medidor de ∕ 161 pulg. Si un trépano es 1 ∕ 16 in el informe del medidor es 1.   Si un bit está 1 ∕ 8 pulg. (2∕16 in.) Bajo el medidor, el medidor es 2, y así sucesivamente. Redondee al 1 ∕ 16 pulg. Más cercano. Las reglas del calibre se aplican solo a los elementos de la estructura de corte. Las medidas se toman en los elementos de corte de calibre.

Cono de rodillo y comentarios de bits de PDC

La categoría "comentarios" permite la explicación de las características de desgaste que no se ajustan correctamente a otras categorías y es la categoría en la que se registra la razón por la que se eliminó una mecha del servicio.

• Roller-Cone Bit Otras características opacas (O). Las características de desgaste se pueden usar para informar características distintas de las reportadas bajo las de la estructura de corte (D). La evidencia de desgaste secundario de la broca se presenta en la séptima categoría de calificación. Dicha evidencia podría estar relacionada con el desgaste de la estructura de corte, como se registra en el tercer espacio, o puede reportar desgaste identificable, como la erosión, para la broca en su conjunto. La característica de desgaste secundaria a menudo identifica la causa de la característica anotada en el tercer espacio.

• Roller-Cone y PDC Razón de Sacada (R). La octava categoría de calificación informa la razón por la que se extrajo la mecha.