Manutenção Industrial

14 de março de 2016

Artigo Técnico: Avaliação do custo métrico da broca tricônica, pdc e híbrida com base nos desgastes tribológicos

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Publicado por: Quimica e Derivados
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    Texto: Lourenço Ouriques

    O estudo da tribologia tem sido indispensável para qualificar o tipo de desgaste ocorrido em brocas durante a perfuração, contribuindo para a seleção do melhor equipamento. Devido aos altos custos das sondas utilizadas nas atividades de perfuração, a velocidade de execução das operações é imprescindível. A busca por métodos e ferramentas que reduzem os gastos é um desafio. Mediante estudos tribológicos, pode-se escolher a broca adequada para perfurar certa formação a uma taxa de penetração (ROP) alta, obtendo o menor tempo de manobra com um menor tempo de perfuração e, assim, diminuindo o custo métrico do poço (IFEKAIBEYA, 2001).

    O termo tribologia, estudo do desgaste, reúne conhecimentos adquiridos na física, química, mecânica e ciência dos materiais para explicar e prever o comportamento de sistemas mecânicos. A resistência ao desgaste é considerada parte de um sistema tribológico, sendo influenciada por vários parâmetros, entre eles o tipo de abrasivo, as propriedades do material, as características do projeto e as condições operacionais do equipamento de desgaste (Anderson, 1991, apud RADI, 2007).

    Dos princípios básicos da tribologia, quatro modos de desgaste são aceitos e estão representados pelo desgaste adesivo, que ocorre quando a ligação adesiva entre as superfícies é suficientemente forte para resistir ao deslizamento; o desgaste abrasivo advém da remoção de material da superfície em função do formato e da dureza dos dois materiais em contato; já o desgaste por fadiga, é provocado pelo alto número de repetições do movimento; por fim, o desgaste corrosivo aparece em meios corrosivos, líquidos ou gasosos (RADI, 2007).

    De acordo com SINOR e WARREN (1989) as brocas apresentam duas categorias de desgaste, dependendo da sua causa básica. A primeira é o desgaste abrasivo, normalmente associado com o desenvolvimento de um desgaste plano e uniforme, com isso, gera degradação do ROP (taxa de penetração) e encurta a vida da broca. A segunda categoria de desgaste é baseada no resultado dinâmico dos cortadores, sendo representada pelo lascamento, quebra e perda de cortadores.

    Química e Derivados, Artigo Técnico: Avaliação do custo métrico da broca tricônica, pdc e híbrida com base nos desgastes tribológicos
    Figura 1 – Critérios de Análise de Desgaste – Fonte: Adaptada de PALÁCIO e PINHO, 2009

    A Figura 1 representa um modelo de avaliação de desgaste da broca, permitindo ao engenheiro ou encarregado determinar em que nível de desgaste a broca se encontra para determinar sua troca ou permanência.

    Custo métrico e suas variáveis – Embora representem apenas uma fração do custo total do equipamento, as brocas são um dos elementos mais críticos para determinar o aspecto econômico da perfuração. O objetivo é obter o menor custo de perfuração sem colocar em risco as operações. O custo por metro perfurado é o parâmetro utilizado para associar valor à eficiência da operação. Para o cálculo, as variáveis de tempos de manobra ™, tempo de conexão (tc), tempo de perfuração (tp), custo da sonda (cs), custo da broca (cb) e metros perfurados (mp) são usadas para se obter o custo métrico perfurado (CM). Sendo assim:

    CM = [cb+cs.(tm+tc+tp)] / mp

    A fórmula do custo métrico é uma simplificação da realidade, já que existem inúmeros parâmetros operacionais e exógenos que afetam os diversos tempos existentes no processo de perfuração. O tempo de conexão, por exemplo, é uma variável oscilante dependendo da forma que é realizado o procedimento. Esse tempo depende de fatores como: equipamento usado, condições de operação e experiência dos operadores (BARRAGAN, 2007 e JUNIOR, 2008).

    Metodologia – Os dados deste caso foram retirados do artigo “Hybrid Drill Bit Improves Drilling Performance in Heterogeneous Formation in Brazil” (Thonson, Krasuk, Silva e Romero, 2011). O intervalo de discussão é composto pela formação caracterizada por arenitos leves intercalados com folhelhos plásticos e siltito cinza. O desafio foi perfurar esse intervalo com taxa de penetração melhorada e com níveis de vibração reduzidos simultaneamente, evitando a necessidade de trocar a broca durante a operação. Nas fases analisadas, duas brocas tricônicas (TC), de códigos IADC 517 e 537, respectivamente, foram usadas e comparadas com uma broca híbrida (HIB) em um cenário similar a um sistema de perfuração automático (top drive). Os indicadores de desempenho usados foram taxa de penetração, custo métrico e distância perfurada.

    A comparação mostra que a broca híbrida, no poço 1, foi 71% mais rápida do que no poço 2, que teve uma taxa de penetração média de 3,4 m/h usando uma broca tricônica 517. E 200% mais rápida do que no poço 3, que teve um ROP médio de 1,7 m/h usando a broca tricônica 537. Já o custo métrico do poço 1 (HIB) foi 18% menor do que no poço 2 (TC 517) e 46% menor do que no poço 3 (TC 537). A estrutura de corte da broca híbrida mostrou baixo desgaste dos cortadores após a corrida, pois a mesma apresenta em sua estrutura cortadores de uma broca PDC (Polucrystalline Diamond Compact) e TC (THONSON, 2011).

    Química e Derivados, Artigo Técnico: Avaliação do custo métrico da broca tricônica, pdc e híbrida com base nos desgastes tribológicos

    Analisados os dados do artigo, agora a proposta é comparar o custo métrico por meio do desempenho das brocas HIB, TC e PDC em formações intercaladas, adicionando valores métricos hipotéticos para a broca PDC, pois a mesma não foi citada no artigo. Substituiu-se a TC 537 do poço 3, pois obteve menores taxas comparativas, por uma PDC. Simulando o mesmo cenário e respeitando as características de sua perfuração, os resultados encontrados permitiram uma análise qualificada na escolha da broca apropriada para perfurar esta formação, diminuindo os custos de operação.


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