Perforación de formaciones rocosas para obtener el núcleo real: un análisis completo de las brocas de perforación

En la exploración minera, los estudios geológicos o los estudios de ingeniería, es crucial obtener muestras de núcleos completas e intactas. La herramienta clave para lograr este objetivo es la broca de perforación. La elección de la broca adecuada determina directamente la calidad, la eficiencia y el costo del proyecto de muestreo de núcleos. Este artículo analizará en profundidad los tipos de brocas que se utilizan comúnmente en la perforación de núcleos y sus aplicaciones.

Principio de funcionamiento de la broca sacatestigos: La broca sacatestigos es diferente de la broca que perfora y rompe completamente la roca. Rompe la roca del anillo exterior en el fondo del pozo mediante la estructura de corte anular, a la vez que protege la masa rocosa cilíndrica central contra daños, de modo que pueda penetrar el tubo sacatestigos sin problemas. Por lo tanto, el diseño de la broca se centra en lograr un equilibrio entre la eficiencia de la perforación anular y la protección del núcleo.

Brocas de núcleo convencionales

Broca de diamante:El filo de corte está hecho de partículas de diamante, naturales o artificiales. Se divide en brocas de diamante de superficie (las partículas de diamante quedan expuestas e incrustadas en la superficie de la matriz) y brocas de diamante impregnadas (las partículas de diamante se distribuyen uniformemente en el polvo de aleación de la matriz). Ventajas principales: Dureza extremadamente alta y excelente resistencia al desgaste. Es la herramienta principal para perforar formaciones rocosas duras, densas y abrasivas. Alta eficiencia de perforación, alta tasa de recuperación de testigos, buena calidad y pared lisa del pozo. Ideal para perforación de pozos profundos, exploración de roca dura y proyectos con altos requisitos de calidad de testigos.

Broca de carburo:El filo es una punta columnar rectangular u octogonal hecha de carburo (generalmente aleación de tungsteno y cobalto), que está incrustada o sinterizada en el cuerpo de acero de la broca en un ángulo determinado.

Buena tenacidad, alta resistencia al impacto y precio relativamente económico. Excelente rendimiento en formaciones rocosas de dureza media a media, completas o relativamente completas, con abrasión media o baja (como caliza, mármol, lutita, lutita y arenisca de dureza media). Su estructura es robusta y se adapta a cierto grado de complejidad en el pozo. Generalmente, se utiliza en pozos de profundidad superficial a media, exploración de rocas de dureza media, proyectos con costos ajustados y zonas de formación relativamente estables.

Broca PDC:Los dientes de corte están hechos de láminas compuestas de diamante policristalino, compuestas por una fina capa de diamante policristalino artificial y una matriz de carburo cementado, sometidos a alta temperatura y alta presión. Generalmente, se disponen en una amplia área en la corona de la broca. En formaciones rocosas específicas, de dureza blanda a media, homogéneas, no abrasivas o ligeramente abrasivas (como lutita, esquisto, roca salina, yeso, caliza blanda y vetas de carbón), la eficiencia de perforación es extremadamente alta y la resistencia al desgaste es mejor que la del carburo cementado. La velocidad de perforación es rápida y la vida útil es larga. Se utiliza generalmente en la exploración de petróleo y gas, la exploración de metano en yacimientos de carbón, el muestreo de núcleos de formaciones blandas a medias blandas y proyectos que buscan una alta velocidad de perforación.

Factores clave en la selección de brocas para perforación de núcleos

Características de la roca:La dureza, la abrasividad, la integridad y la perforabilidad de la roca son factores decisivos. El diamante corresponde a la roca abrasiva dura, la aleación a la roca semidura y el PDC a la roca blanda.

Propósito y requisitos de la perforación:¿Qué tan exigentes son los requisitos de recuperación y calidad de los núcleos? El diamante suele ser la primera opción para pozos profundos y perforación científica.

Profundidad y diámetro de perforación:Los agujeros profundos requieren una mayor vida útil y estabilidad de la broca (el diamante tiene ventajas obvias); el tamaño del agujero también afecta el diseño de la broca.

Capacidad de la plataforma de perforación:¿Pueden el torque, el rango de velocidad y la presión de alimentación de la plataforma de perforación coincidir con los parámetros de trabajo óptimos de la broca seleccionada?

Presupuesto del proyecto:Las brocas de diamante tienen el costo inicial más alto, pero su costo por unidad de metraje puede ser menor cuando se perforan rocas duras; las brocas de aleación tienen un costo inicial bajo, pero se desgastan muy rápidamente en rocas duras.