Elementos de corte impregnados con medios de corte abrasivo grandes y métodos de fabricación y utilización de los mismos.

Una broca impregnada (100) que comprende:

un vástago (104) con un primer extremo (106) y un segundo extremo opuesto,

estando dicho primer extremo (106) adaptado para que se fije a un componente de una columna perforadora;

una corona (102) que se extiende desde dicho segundo extremo de dicho vástago, incluyendo dicha corona una matriz (114) de material particulado duro, un lado (108) de corte, y una carcasa de la corona entre dicho lado (108) de corte y dicho vástago (104);

una primera pluralidad de medios (110) de corte abrasivo que tienen al menos un tamaño entre aproximadamente 2,5 milímetros y aproximadamente milímetros, estando dicha primera pluralidad de medios (110) de corte abrasivo colocada en cualquier orden a lo largo de una primera parte (102a) de dicha carcasa (102) de la corona junto a dicho lado de corte; y

una segunda pluralidad de medios (116) de corte abrasivo que tienen un tamaño mayor inferior a aproximadamente 2 milímetros, dicha segunda pluralidad de medios de corte abrasivo se dispersa a lo largo de una segunda parte (102b) de dicha carcasa (102) de la corona entre dicha primera parte de dicha carcasa de la corona y dicho vástago.

Elementos de corte Impregnados con medios de corte abrasivo grandes y métodos de fabricación y utilización de los mismos

1. El campo de la Invención

Las ¡mplementaclones de la presente Invención están relacionadas generalmente con herramientas de perforación que se pueden utilizar para perforar formaciones geológicas y/o hechas por el hombre. En especial, las ¡mplementaclones de la presente Invención se refieren a elementos de corte Impregnados con medios de corte abrasivo grandes, como diamantes pollcrlstallnos Integrados en los mismos, además de métodos para fabricar y utilizar dichas brocas.

2. La tecnología relevante

Se pueden utilizar brocas y otras herramientas de perforación para hacer agujeros en la roca y en otras formaciones con fines exploratorios o con otros fines. Por ejemplo, se puede fijar una broca en el extremo Inferior de una columna perforadora (es decir, una serle de barras de perforación conectadas que se acoplan a un cabezal de perforación). Un cabezal de perforación o los motores de fondo de pozo, o ambos, pueden girar entonces la columna perforadora y, a su vez, la broca. A continuación, se puede aplicar una fuerza descendente a la broca, que puede hacer que ésta se enganche a la formación y haga un orificio de perforación dentro de la formación.

El tipo de broca seleccionado para una operación de perforación determinada se puede basar en el tipo y dureza de la formación que se está perforando. Por ejemplo, se pueden utilizar brocas o brocas engastadas con cortadores fijos para perforar formaciones de dureza blanda a dureza media-dura. Los cortadores fijos o Insertos de estas brocas se pueden diseñar para penetrar rápidamente debido a la profundidad de corte por revolución. Un tipo de cortador fijo utilizado habltualmente es un Inserto de compacto de diamante pollcrlstallno (PDC). Los Insertos de PDC se suelen distribuir a lo largo de la superficie de corte de la broca en orientaciones y posiciones específicas. Aunque las brocas cortadoras fijas o engastadas pueden proporcionar varias ventajas, porque los Insertos normalmente sólo Incluyen una sola capa de diamante, la vida útil de estas brocas puede ser limitada.

Además, al perforar formaciones duras y/o abrasivas, las brocas engastadas pueden ser Inefectivas o Ineficaces. Por este motivo, para formaciones más duras, se suele preferir habltualmente utilizar brocas Impregnadas con elementos de corte renovables. De forma típica, las brocas Impregnadas Incluyen una parte de corte o corona que puede incluir una matriz que contenga un material particulado duro en polvo, como carburo de wolframio y/u otros componentes refractarios o cerámicos. El material particulado duro se puede slnterlzary/o infiltrar con un aglutinante, como una aleación con una base de cobre. Además, la parte de corte de las brocas impregnadas también se puede impregnar con un medio de corte abrasivo, como diamantes naturales o sintéticos. Esta clase de broca se describe en la patente EP-0391683.

Durante las operaciones de perforación, los medios de corte abrasivo se exponen gradualmente a medida que el material de la matriz de soporte se desgasta. La exposición continua de medios de corte abrasivo nuevos por desgaste de la matriz de soporte que forma la parte de corte puede contribuir a proporcionar una superficie de corte constantemente afilada. Además, puesto que toda la corona puede hacer funcionar el elemento de corte a medida que se erosiona durante la perforación, la duración de corte de las brocas impregnadas puede ser mayor. La broca impregnada puede seguir cortando eficazmente hasta que la parte de corte de la herramienta se gasta por completo. Una vez que la parte de corte de la herramienta se ha gastado por completo, la herramienta deja de estar afilada y se debe reemplazar.

Aunque las brocas impregnadas pueden ser efectivas y eficaces en la perforación de formaciones más duras, pueden ser inefectivas o ineficaces en la perforación de formaciones suaves debido al tamaño del material abrasivo utilizado en las brocas impregnadas. De una forma parecida, mientras que las brocas engastadas pueden ser efectivas y eficaces en la perforación de formaciones más suaves, pueden ser inefectivas o ineficaces en la perforación de formaciones duras y/o abrasivas. De este modo, cuando se perforan formaciones que contienen zonas blandas y duras, puede ser aconsejable alternar el uso de una broca engastada con una broca impregnada. La sustitución de una broca requiere extraer (o quitar) toda la columna perforadora de un barreno. Una vez que se ha reemplazado la broca, normalmente toda la columna perforadora se monta sección por sección y se vuelve a colocar en el barreno. Cambiar una broca puede ser un procedimiento lento, difícil y potencialmente peligroso.

Por consiguiente, existen una serie de desventajas en las brocas convencionales que es necesario abordar.

BREVE SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Una o más implementaciones de la presente invención resuelven uno o más problemas en la técnica de los métodos, sistemas y herramientas de perforación para perforar a través de las formaciones de un modo eficaz y efectivo. Por ejemplo, una o más implementaciones de la presente invención incluyen brocas impregnadas según las características de la reivindicación 1. En especial, los medios de corte abrasivo relativamente grandes se pueden dispersar en cualquier orden al menos a lo largo de una parte de la corona. Los medios de corte abrasivo relativamente grandes pueden permitir que la broca extraiga rápidamente el material de una formación que se está perforando debido a la gran profundidad de corte por revolución asociada al material abrasivo grande revestido o sin revestir. Además, una o más implementaciones pueden proporcionar una mayor longevidad al proporcionar medios de corte abrasivo bajo la superficie adicionales que se

exponen a medida que la corona de la broca se desgasta durante la perforación. Por consiguiente, las ¡mplementaclones de la presente invención pueden aumentar la velocidad de corte de la broca además de su durabilidad y longevidad.

Por ejemplo, una ¡mplementación de una broca impregnada puede comprender un vástago que tiene un primer extremo y un segundo extremo opuesto. El primer extremo del vástago se puede adaptar para que se fije a un componente de una columna perforadora. Una corona se puede extender de dicho segundo extremo del vástago. La corona puede Incluir una matriz de material particulado duro, un lado de corte, y una carcasa de la corona entre el lado de corte y el vástago. La broca Impregnada también puede incluir una primera pluralidad de medios de corte abrasivo que tengan al menos un tamaño entre aproximadamente 2,5 milímetros y aproximadamente 5 milímetros. La primera pluralidad de medios de corte abrasivo se puede colocar en cualquier orden al menos a lo largo de una parte de la carcasa de la corona.

Además, una ¡mplementación de una broca impregnada puede incluir un vástago y una parte de corte fijada al vástago. La parte de corte puede incluir una matriz de material particulado duro, una primera pluralidad de medios de corte abrasivo desembolsada al menos en una parte de la parte de corte, y una segunda pluralidad de medio de corte abrasivo desembolsada a lo largo de al menos una parte de dicha parte de corte. Al menos un medio de corte abrasivo de la primera pluralidad de medios de corte abrasivo puede tener un primer volumen. Al menos un medio de corte abrasivo de la segunda pluralidad de medios de corte abrasivo puede tener un segundo volumen. El segundo volumen puede ser inferior a aproximadamente 0,75 veces el primer volumen.

Además, una ¡mplementación de un sistema de perforación puede incluir un equipo de perforación, una columna perforadora adaptada para ser fijada y girada por el equipo de perforación, y una broca impregnada adaptada para que se fije a la columna perforadora. La broca impregnada puede comprender un vástago y una corona. La corona puede incluir una pluralidad de diamantes policristalinos que tengan al menos un tamaño entre aproximadamente 2,5 milímetros y aproximadamente 5 milímetros. La pluralidad de diamantes policristalinos puede desembolsar en cualquier orden al menos a lo largo de una parte de la corona.

Una ¡mplementación de un método de formación de una broca impregnada puede suponer la preparación de una matriz de material particulado duro. El método también puede suponer la dispersión de una primera pluralidad de medios de corte abrasivo al menos a lo largo de una parte de la matriz. Los medios de corte abrasivo de la primera pluralidad de medios de corte abrasivo pueden tener al menos un tamaño entre aproximadamente 2,5 milímetros y aproximadamente 5 milímetros. Además, el método puede... [Seguir leyendo]

1. Una broca impregnada (100) que comprende:

un vástago (104) con un primer extremo (106) y un segundo extremo opuesto, estando dicho primer extremo (106) adaptado para que se fije a un componente de una columna perforadora;

una corona (102) que se extiende desde dicho segundo extremo de dicho vástago, incluyendo dicha corona una matriz (114) de material particulado duro, un lado (108) de corte, y una carcasa de la corona entre dicho lado (108) de corte y dicho vástago (104);

una primera pluralidad de medios (110) de corte abrasivo que tienen al menos un tamaño entre aproximadamente 2,5 milímetros y aproximadamente 5 milímetros, estando dicha primera pluralidad de medios (110) de corte abrasivo colocada en cualquier orden a lo largo de una primera parte (102a) de dicha carcasa (102) de la corona junto a dicho lado de corte; y

una segunda pluralidad de medios (116) de corte abrasivo que tienen un tamaño mayor Inferior a aproximadamente 2 milímetros, dicha segunda pluralidad de medios de corte abrasivo se dispersa a lo largo de una segunda parte (102b) de dicha carcasa (102) de la corona entre dicha primera parte de dicha carcasa de la corona y dicho vástago.

2. La broca Impregnada (100) como se Indica en la reivindicación 1, en la que dicha primera pluralidad de medios (110) de corte abrasivo comprende al menos uno de entre diamantes pollcñstallnos, diamantes térmicamente estables, y óxido de aluminio.

3. La broca Impregnada (100) como se Indica en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, en la que dicha segunda pluralidad de medios (116) de corte abrasivo se dispersa en cualquier orden a lo largo de la segunda parte de dicha carcasa (102) de la corona.

4. La broca Impregnada (100) como se Indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios de corte abrasivo de dicha segunda pluralidad de medios (116) de corte abrasivo comprende diamante natural.

5. La broca Impregnada (100) como se Indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho diámetro mayor de dicha segunda pluralidad de medios (116) de corte abrasivo está entre aproximadamente 0,01 milímetros y aproximadamente 1,0 milímetros.

6. La broca Impregnada (100) como se Indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha primera pluralidad de medios (110) de corte abrasivo comprende medios de corte abrasivo con una forma cúbica.

7. La broca impregnada (100) como se indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha corona (102) comprende una forma anular que incluye un eje longitudinal a su través, una superficie interior, y una superficie exterior, definiendo dicha corona un espacio interior sobre el eje longitudinal para recibir un testigo de perforación.

8. La broca impregnada (100) como se indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende una pluralidad de fibras (118) dispersadas en cualquier orden al menos a lo largo de una parte de dicha carcasa (102) de la corona.

9. La broca impregnada (100) como se indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios de corte abrasivo de dicha primera pluralidad de medios de corte abrasivo se extiende fuera de dicho lado (108) de corte.

10. La broca impregnada (100) como se indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además uno o más revestimientos en dicha primera pluralidad de medios (110,116) de corte abrasivo.

11. La broca impregnada (100) como se indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos un medio (110, 116) de corte abrasivo de dicha primera pluralidad de medios de corte abrasivo tiene un primer volumen; y

en la que al menos un medio de corte abrasivo de dicha segunda pluralidad de medios de corte abrasivo tiene un segundo volumen, y en la que dicho segundo volumen es inferior a aproximadamente 0,75 veces dicho primer volumen.

12. La broca impregnada (100) como se indica en la reivindicación 11, en la que dicho primer volumen está entre aproximadamente 8 mm^ y aproximadamente 125 mm^.

13. La broca impregnada (100) como se indica en la reivindicación 11, en la que dicho segundo volumen está entre aproximadamente 0,001 mrn^ y aproximadamente 8 mm^.

14. La broca impregnada (100) como se indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho material particulado duro comprende carburo de wolframio.

15. Un sistema (120) de perforación, que comprende:

un equipo (126) de perforación;

una columna perforadora (128) adaptada para fijarse y girar mediante dicho equipo de perforación; y

una broca impregnada (100) como se indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores y adaptada para

fijarse a dicha columna perforadora.

16. Un método de perforación, que comprende:

fijar una broca impregnada (100) como se indica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores a una columna perforadora (128), y

girar dicha columna perforadora para que dicha broca impregnada penetre una formación de tierra.