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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History

Tecnología de Barrenas Impregnadas

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Barrenas Impregnadas Los Sistemas de Transmisión de Alta Energia (STAE: motores de alta velocidad, turbinas) usados en la industria exigen herramientas de perforacin más durables (horas, intervalo) y agresivas (ROP). Las limitaciones de las brocas impregnadas estándar estan relacionadas a los materiales y al proceso de fabricación. Las estructuras de corte de esas brocas no resisten lo suficiente para satisfacer económicamente los rendimientos de los STAE. 2

Copyright © 2002 Smith International, Inc. All rights reserved.

Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Barrenas Impregnadas Los cristales de diamante estan embebidos en la matriz de carburo de tungsteno que forma las aletas La herramienta actúa como una rueda de esmerilado. La matriz tiene que desgastarse ante la abrasividad de la roca para exponer nuevos cristales de diamante Matriz de Carburo de Tungsteno

Cristales de Diamante

Dirección de la Perforacion

Aleta o Costilla

Bit Body

Las barrenas impregnadas perforan esmerilando la roca Normalmente requieren altas RPM para mejor rendimiento (ej.: motores, turbinas) 3

Barrenas Impregnadas Debido a su mecanismo de perforación, las barrenas impregnadas requieren altas revoluciones para compensar la pequeña profundidad de corte (DOC) y generar tasas de penetración (ROP) económicas

Barrena Impregnada conectada a una Turbina Neyrfor

ROP = DOC x RPM

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Concepto Kinetic Proceso Tradicional de Fabricación El proceso es similar al de una barrena PDC de cuerpo de matriz: Se maquina el molde de grafito (perfil, aletas, etc.) El material de matriz impregnado con diamante (aglutinado con Polyethylene Glycol, tipo gel, se coloca en las aletas: El polvo de matriz es vaciado en el resto del molde El material cementante ( Binder ) es colocado en el tope del molde Proceso de infiltración a 2,000°F por ~2 hours

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Concepto Kinetic Proceso Tradicional de Fabricación El desgaste de la matriz y del diamante es acelerado debido al tradicional proceso de infiltración: Alta Temperatura/Ciclo de ~2 horas Los cristales superficiales se degradan Afectando la estructura de corte Bajo rendimiento en Sistemas de Transmisión de Alta Energia

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Concepto Kinetic Nuevo Proceso de Fabricación Los insertos de diamante impregnados GHI son fabricados bajo un proceso rápido a alta presión Reduce el ciclo térmico (minutos vs. horas) Mejora la densidad de diamante en comparación con el empacado manual

Inserto GHI ( Grit Hot Pressed Insert )

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Fabricación del GHI

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Barrenas Impregnadas Kinetic Los GHI s se fabrican en diferentes tamaños y geometrías para adaptarlos a las aplicaciones y maximizar la ROP

9mm

13mm

Cónico

Drill-out

R&D

9

Fabricación del GHI Ciclo en la Prensa Caliente para GHIs de 13 mm 2500

1000 900 800 700

1500

600 500

1000

400

Pressure (psi)

Temperatura (grad. F)

2000

300 500

200 100

0

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Tiempo (minutos)

Binder Carburo de Tungsteno Diamante 10

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Prueba de Desgaste +200%

Desgaste (Vr/Vc)

6000

5000

4000

+35% 3000

+30% 2000

1000

0

Estándar Matriz con Diamante Natural

Estandar Matriz con Diamante Sintático

Nueva Matriz con Diamante Sintético

GHI con Diamante Natural y Sintético

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Diseño de la Broca Kinetic Los GHIs son soldados hasta el cuerpo de la broca para asegurar el agarre mecánico de la pieza Los GHIs se traslapan para suministrar una cobertura completa del fondo del hoyo Elementos Soldados Aletas Infiltradas

Cobertura Completa

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Barrena Kinetic Estructura de Corte Multiple Protección al Calibre de TSP Moldes de Grafito para colocar GHIs verticales Material Impregnado empacado a mano Moldes de Grafito para colocar cortadores PDC

GHIs horizontales en sitio (pasarán por el proceso de horneado )

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Barrena Kinetic Estructura de Corte Multiple GHI vertical Ranura de Desalojo de Ripios Cortadores PDC en el Cono GHI horizontal (pasa por el proceso de infiltrado)

Material impregnado (alrededor de los GHIs)

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Barrena Kinetic Estructura de Corte Multiple Los GHIs horizontales son colocados en el molde cuando la broca es ensamblada

Ellos ayudan a incrementar la densidad de diamante alrededor de los GHIs verticales soldados

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Barrena Kinetic Estructura de Corte Multiple

Barrena Kinetic

usada mostrando las estructuras de corte

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Barrena Kinetic Materiales Calidad y Tamaño del Diamante Concentración de Diamante Unión del GHI con la Broca Propiedades del carburo de tungsteno Características del material cementante

Proceso de fabricación del GHI Distribución del Diamante

Material Impregnado del cuerpo 17

Materiales Kinetic Desgaste en la superficie del hombro Micro-Fractura en el cristal de diamante

- Zona

con el mayor desgaste

GHI de la 122 KGR50 (JT3687)

Macro-Fractura en el cristal de diamante

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Materiales Kinetic

Retención e Integridad del Diamante Kinetic 19

Materiales Kinetic Tamaño de los Cristales de Diamante

Aplicaciones Blandas

Reducción del Tamaño de los Cristales de Diamante

Aplicaciones Duras

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Efecto de la Selección del Material Programa de Investigación y Desarrollo Conexiones Metálicas Kinetic

para los granos de diamante

Adhesión muy suave: Pobre retención del diamante

Adhesió Pobre exp n dem asiado fu ert e osición d el diam a : nte

Adhesión fuerte y óptima: Retención y exposición excelentes del diamante 21

Efecto de la Selección del Material GHI: Distribución de Diamante Variable

Areas con pocos cristales

Diamantes en macoya , áreas con alta densidad de cristales

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Efecto de la Selección del Material Mala distribución del diamante Aglomeración de Diamantes Contiguos

Áreas libres de diamantes

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Efecto de la Selección del Material Proyecto: Encapsulado de los cristales

Proceso optimizado: Gránulos esféricos de Carburo de Tungsteno encapsulando los cristales de diamante 24

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Efecto de la Selección del Material Proyecto: Encapsulado de los cristales

Distribución de los cristales con el nuevo proceso 25

Resultados del Nuevo Proceso Proceso anterior

Proceso optimizado actual ( Kinetic Pellets )

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Efecto de la Selección del Material Proyecto: Encapsulado de los cristales Resultado: Una unión más fuerte a la barrena ( brazing ) Cristales en la superficie

Carburo de Tungsteno en la superficie

Proceso Inicial

Granulos Kinetic 27

Evolución de los Diseños Perfil de la Barrena según la Aplicación Mayor desgaste en aplicaciones de alta potencia y formaciones muy abrasivas Retención más fuerte del calibre Necesidad de perforar mayores intervalos a más altas ROP Desgaste en aplicaciones de alta energía 28

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Evolución de los Diseños Diamond Volume 7

Volume, Square Inches

6

5 3.68 4

3 1.90 2 1.59

1 1.12 0 0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

Radius, Inches ER2043

ER20359

Sistemas de alta energía y formación abrasiva, requieren brocas especiales Mayor durabilidad, mayor intervalos perforados, mayor ROP - RENDIMIENTO 29

Nomenclatura Kinetic 8½ K503BPX, ER20153

Nomenclatura - Prefijos K KT KST

Broca Impreg Kinetic Broca Impreg Kinetic c/ TSP's Broca Kinetic Side Track

Número de aletas/Dens. K 503 BPX Sufijo (opciones y/o características) Tercer dígito basado en el perfil Segundo dígito basado en la interacción con la línea de producto Primer dígito basado en el número de aletas/Densidad

1--2 3--4 5--6 7--8 9

Muy densa Densa Média Liviana Muy Liviana

PERFIL 3 5 7

Redondeado Parabólico Medio Parabólico Largo

Prefijo (tipo de Broca) 30

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Diseños Kinetic K703 Configuración liviana Toberas fijas dedicadas a cada canal e flujo para mejorar la limpieza Capacidad de perforación comprobada, confiable y rápida Disponible con configuraciones de materiales estándar o gruesos 31

Diseños Kinetic K703

Perfil medio Eficiente protección del calibre Larga historia de utilización con PDM y Turbina Ideal para aplicaciones blandas a medias y de abrasividad media Excelente rendimiento en formaciones intercaladas Consistentemente líder en el mercado en tasa de penetración 32

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Diseños Kinetic K503 Configuración Media En tamaños mayores fueron adicionados canales para mejorar la limpieza Capacidad de perforación comprobada, confiable y rápida Disponible con configuraciones de materiales estándar o gruesos

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Diseños Kinetic K503 Perfil medio Protección del calibre muy eficiente Larga historia de utilización con turbina y PDM Ideal para aplicaciones de dureza media y abrasividad media 34

Consistentemente rápida

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Diseños Kinetic K407 Configuración densa Canales dedicados para mejorar la limpieza Presenta GHIs fundidos y GHIs soldados verticalmente Aletas altas para volumen extra de diamantes Disponible con configuraciones de 35 materiales estándar y gruesa

Diseños Kinetic K407 Configuración de gran durabilidad Protección extrema del calibre Larga historia de utilización con turbina Ideal para aplicaciones de dureza media a alta y de gran abrasividad

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Diseños Kinetic K953 Perfil agresivo Aumento de cargas puntuales Especial para Carbonatos Sin las convencionales aletas impregnadas Matriz reforzada 30% más GHI s que una broca tradicional Sin hand-packs 37

Diseños Kinetic K503 - Ventana de Aplicación 35000

K503 Ventana de Aplicación 35000

30787

30000

Litología Predominante perforada 30787 por K503

30000

27431 25000

20000

15000

15135

10000

5000

U.C.C.S.(Psi)

25000 20000

16848 15000

14528

11879 10000

5000

3879 0

19629

0

9616 3879

3879

Lutita

Arena

Carbonatos 38

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Diseños Kinetic K703 - Ventana de Aplicación K703 Ventana de Aplicación 35000

30804

35000

30000

25000

20000

15000

10508

U.C.C.S.(Psi)

30000

Litología predominante perforada por 30804 K703

25000 20000

17795

15000

13733

10000

10000

8052

5385

5000 5000

3149

11585

8298

4508

3149 0

Lutita

0

Arena

Carbonatos 39

Diseños Kinetic K953 - Ventana de Aplicación

35000

33046

UCCS (psi)

30000

25000

25438

20000

15000

12237 10000

5000

0

Carbonato

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Drill Drill Bit Bit Technology: Technology: Introduction Introduction & & History History Diseños Kinetic

Impregnated Bit Application Window Rango de Aplicación de Brocas KINETIC 35000

33046Psi

30000

U.C.C.S.(Psi)

25000 20000

14351Psi

15000 10000 5000

3149Psi

0

U.C.C.S. Media Perforada Average U.C.C.S. Drilled

K503 de Aplicación K503Rango Application Window 35000

K703 - Rango de Aplicación K703 Application Window 35000

K953 de Aplicación K953Rango Application Window 35000

30804

30787 30000

30000

30000

25000

25000

25000

20000

20000

20000

15000

15135

10000

15000

10000

5000

0

0

25438

15000

10508

5000

3879

33046

10000

12237

5000

41

3149 0

42

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