Conozca los desafíos comunes y las soluciones para reducir el MSE de la broca, una medida de la eficiencia de perforación, la velocidad de penetración y la vida útil de la broca.

Bits perform best when they maintain effective contact with the formation. Any BHA or drillstring vibration modes present (axial, lateral or torsional) will compromise effective bit to formation contact, leading to premature bit cutting structure damage. Hence, very important to know, and be operating far enough away from, any drillstring/BHA resonant frequencies in order to keep the bit drilling smoothly and prevent premature failure.

¿Cuáles son los desafíos y soluciones comunes para reducir la energía mecánica específica de la broca?

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Energía específica mecánica de la broca (MSE) es una medida de la eficiencia con la que una broca rompe la formación rocosa. Se calcula dividiendo la energía total aplicada a la broca por el volumen de roca removida. Un MSE alto indica que la broca se enfrenta a más resistencia y fricción, lo que puede provocar un rendimiento de perforación deficiente, desgaste de la broca y daños en la formación. La reducción de MSE puede mejorar la eficiencia de perforación, la velocidad de penetración y la vida útil de la broca. En este artículo, aprenderá sobre algunos de los desafíos y soluciones comunes para reducir la MSE de la broca.

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1 Desafío 1: Diseño y selección de brocas

Uno de los principales factores que afectan a MSE es el diseño y la selección de la broca. Los diferentes tipos de brocas tienen diferentes características y capacidades para perforar diferentes formaciones. Por ejemplo, las brocas de cono de rodillo son más adecuadas para formaciones blandas a medias, mientras que las brocas de diamante policristalino son compactas (PDC) Las brocas son más efectivas para formaciones duras y abrasivas. Elegir el tipo o tamaño de broca incorrecto puede dar como resultado un MSE alto y una baja tasa de penetración (ROP). Por lo tanto, es importante seleccionar la broca óptima para la formación, en función de la geometría de la broca, la estructura de corte, el sistema hidráulico y la resistencia al desgaste.

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Akram Miriyev

Senior Wells Engineer at WellPerform
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More complete version of MSE computation also includes hydraulic energy we transmit to bit. Selecting nozzle sizes and hence resulting hydraulic horsepower per area also affect MSE levels we measure.

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2 Solución 1: Optimización y evaluación de bits

Con el fin de reducir el MSE, es necesario optimizar y evaluar el rendimiento y la idoneidad de la broca para la formación. Esto se puede lograr mediante la utilización de varios métodos y herramientas, como el software de optimización de brocas que puede diseñar y seleccionar la mejor broca en función de los parámetros, objetivos y restricciones de perforación. Además, los sensores de bits y los datos pueden monitorear y medir el rendimiento y la condición de los bits. Las pruebas y el análisis de la broca pueden evaluar el rendimiento y la eficiencia de la broca después de la perforación mediante el examen de la condición de la broca, el patrón de desgaste y el análisis de corte; esto puede ayudar a identificar las causas de un MSE alto y mejorar el diseño y la selección de bits en el futuro.

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Akram Miriyev

Senior Wells Engineer at WellPerform
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Especially overlaying depth based MSE curves from offset wells helps to compare two different bit types and helps to improve future bit selection process.

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3 Reto 2: Heterogeneidad y variabilidad de la formación

Otro factor que afecta a la EEM es la heterogeneidad y variabilidad de la formación. Esto se refiere a los cambios y diferencias en las propiedades de formación, como la dureza, la resistencia, la porosidad, la permeabilidad y la tensión. Estos cambios pueden crear variaciones en el comportamiento y la resistencia al corte de rocas, lo que puede resultar en un alto MSE y un bajo ROP. Por ejemplo, perforar a través de una formación dura y abrasiva puede causar más desgaste y daño a la broca, mientras que perforar a través de una formación blanda y pegajosa puede causar más bolas y obstrucciones de la broca.

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Ken Marks

Strategic Account Manager at Baker Hughes Drilling Fluids (Retired)
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In my experience the drilling fluid composition type and flow dynamics will make a huge difference in performance. Bit design for certain types of formations along with chemical composition of the drilling fluid will make a difference. It is not just the mechanical properties of the bit that determine the best performance the drilling fluid of choice needs to be considered for best results as wells as flow dynamics and chemical properties such as adding lubricants. Evaluating the results from past wells drilled for best bit selection and drilling fluid characteristics for the best results will determine your best performance.

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4 Solución 2: Caracterización y modelado de formaciones

Para reducir el MSE, es necesario caracterizar y modelar las propiedades y el comportamiento de la formación. Esto se puede lograr mediante la utilización de varios métodos y herramientas, como la evaluación de formaciones, el modelado geomecánico y la optimización de la perforación en tiempo real. La evaluación de la formación puede ayudarle a obtener y analizar los datos de la formación, como la litología, la mineralogía, el contenido de fluidos y la presión. Estos datos se pueden utilizar para comprender las características y los desafíos de la formación, así como para planificar la estrategia de perforación en consecuencia. El modelado geomecánico puede ayudar a crear y simular la tensión y la deformación de la formación en función de los datos de formación y los parámetros de perforación. Este modelo puede ayudar a predecir y gestionar la respuesta y la estabilidad de la formación, al tiempo que optimiza los parámetros de perforación y la selección de la broca. La optimización de la perforación en tiempo real puede ayudar a monitorear y controlar la operación de perforación en función de los datos de formación y la retroalimentación en tiempo real. Esto puede ayudar a ajustar los parámetros de perforación y el rendimiento de la broca, al tiempo que evita o mitiga cualquier problema o peligro de formación.

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5 Reto 3: Parámetros y prácticas de perforación

Un tercer factor que afecta a la MSE son los parámetros y prácticas de perforación. Estos incluyen los factores que influyen en la operación de perforación, como el peso de la broca (WOB), velocidad de rotación (RPM), el caudal, las propiedades del lodo y la perforación direccional. Estos parámetros y prácticas pueden afectar la interacción y la eficiencia de la roca de bits, lo que puede dar lugar a un MSE alto y un ROP bajo. Por ejemplo, aplicar demasiado o muy poco WOB puede causar una sobrecarga o una carga insuficiente de la broca, lo que puede reducir la penetración de la broca y aumentar el desgaste de la broca.

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6 Solución 3: Optimización y automatización de la perforación

Para reducir el MSE, debe optimizar y automatizar los parámetros y las prácticas de perforación mediante el uso de varios métodos y herramientas. El software de optimización de perforación puede ayudarlo a calcular los parámetros óptimos, analizar el rendimiento de perforación y optimizar la eficiencia en función de los datos de MSE y ROP. Los sistemas de automatización de perforación pueden ayudarle a controlar y regular los parámetros en función de los datos y la información en tiempo real, así como a ejecutar y mantener los parámetros óptimos. Las mejores prácticas de perforación proporcionan pautas para mejorar la calidad y la seguridad, así como para evitar errores o riesgos como el giro de la broca, el deslizamiento del balancín, la vibración o la inestabilidad del pozo.

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7 Esto es lo que hay que tener en cuenta

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Brian Tarr

Retired Aug 2018 after 41 year major oil & gas companies career in Well Engineering.
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Bits perform best when they maintain effective contact with the formation. Any BHA or drillstring vibration modes present (axial, lateral or torsional) will compromise effective bit to formation contact, leading to premature bit cutting structure damage. Hence, very important to know, and be operating far enough away from, any drillstring/BHA resonant frequencies in order to keep the bit drilling smoothly and prevent premature failure.

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Akram Miriyev

Senior Wells Engineer at WellPerform
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If there is UR exist in BHA then careful evaluation of bit MSE requires downhole weight on bit, torque on bit sensors to asess performance of bit. In such cases only certain part of the surface energy expenditure utilized by the bit and rest by the UR.

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Wilfredo Honores

Human ingenuity at both ends of AI | Inspect. Adapt. Transform.
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A high MSE may also influence the elasticity of the BHA, overcoming stabilization, and even if drilling with a DHM, deflecting the hole in an unexpected direction.

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Jordan Davidson

You got to be a friend to have a friend.
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I would think they should mention a holistic approach in a good BHA design. A variety of components allow for each BHA to be tailored to the well and expected geology to maximize the runtime of your bit and the entire assembly. From Collars to shock subs, BHA design can accomplish a lot.

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1 Desafío 1: Diseño y selección de brocas

2 Solución 1: Optimización y evaluación de bits

3 Reto 2: Heterogeneidad y variabilidad de la formación

4 Solución 2: Caracterización y modelado de formaciones

5 Reto 3: Parámetros y prácticas de perforación

6 Solución 3: Optimización y automatización de la perforación

7 Esto es lo que hay que tener en cuenta

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