Perfuração de formações rochosas para obter o "núcleo real": uma análise completa das brocas de perfuração de núcleos

Em exploração mineral, levantamentos geológicos ou levantamentos de engenharia, é crucial a obtenção de amostras de testemunhos completas e sem perturbações. A principal ferramenta para atingir este objetivo é a broca de testemunho. A escolha da broca correta determina diretamente a qualidade, a eficiência e o custo do projeto de amostragem de testemunhos. Este artigo irá explorar em profundidade os tipos de brocas normalmente utilizadas em sondagens de testemunho e os seus cenários aplicáveis.

Princípio de funcionamento da broca de perfuração: a broca de perfuração é diferente da broca que perfura e rompe completamente as rochas. Rompe a rocha do anel exterior na parte inferior do furo através da estrutura de corte anular, protegendo a massa rochosa cilíndrica central de danos, permitindo que penetre suavemente no tubo de perfuração. Portanto, o principal objetivo do design da broca é alcançar um equilíbrio entre a perfuração anular eficiente e a proteção do núcleo.

Brocas de perfuração de núcleo convencionais

Broca de diamante:A aresta de corte é constituída por partículas de diamante naturais ou artificiais. Divide-se em brocas diamantadas de superfície (as partículas de diamante são expostas e embutidas na superfície da matriz) e brocas diamantadas impregnadas (as partículas de diamante são distribuídas uniformemente no pó da liga da matriz). Vantagens do núcleo: Dureza extremamente elevada e excelente resistência ao desgaste. É a principal força motriz para a perfuração de formações rochosas duras, densas e abrasivas. Elevada eficiência de perfuração, elevada taxa de recuperação do núcleo e paredes de poço lisas e de boa qualidade. Adequado para perfuração de furos profundos, exploração de rochas duras e projetos com requisitos extremamente elevados de qualidade do núcleo.

Broca de carboneto:O fio de corte é uma ponta retangular ou octogonal colunar feita de carboneto (geralmente liga de tungsténio-cobalto), que é incrustada ou sinterizada no corpo de aço da broca num determinado ângulo.

Boa tenacidade, forte resistência ao impacto e preço relativamente económico. Excelente desempenho em formações rochosas de dureza média a média, completas ou relativamente completas, com abrasividade média ou baixa (como calcário, mármore, xisto, argilito e arenito de dureza média). A estrutura é robusta e pode adaptar-se a um certo grau de complexidade no furo. Geralmente, é utilizado em furos rasos a médio-profundos, exploração de rochas de dureza média, projetos com custo reduzido e áreas de formação relativamente estáveis.

Broca PDC:Os dentes de corte são feitos de folhas compostas por diamante policristalino, que são compostas por uma fina camada de diamante policristalino artificial e uma matriz de carboneto cimentado sob alta temperatura e alta pressão. Geralmente são dispostos numa grande área na coroa da broca. Em formações rochosas específicas de dureza macia a média, homogéneas, não abrasivas ou fracamente abrasivas (como argilito, xisto, rocha salina, gesso, calcário macio e camadas de carvão), a eficiência de perfuração é extremamente elevada e a resistência ao desgaste é melhor do que a do carboneto cimentado. A velocidade de perfuração é rápida e a vida útil é longa. É geralmente utilizado na exploração de petróleo e gás, exploração de metano de jazidas de carvão, amostragem de núcleos de formações macias a médias e projetos que procuram uma elevada velocidade de perfuração.

Fatores-chave na seleção da broca de núcleo

Características da rocha:A dureza, a abrasividade, a integridade e a perfurabilidade da rocha são fatores decisivos. O diamante corresponde à rocha abrasiva dura, liga à rocha semidura e PDC à rocha macia.

Finalidade e requisitos da perfuração:Quais são os requisitos para a taxa de recuperação e qualidade do núcleo? O diamante é geralmente a primeira escolha para furos profundos e perfuração científica.

Profundidade e diâmetro da perfuração:Os furos profundos exigem uma maior vida útil e estabilidade da broca (o diamante tem vantagens evidentes); o tamanho do furo também afeta o design da broca.

Capacidade da sonda de perfuração:O binário, a gama de velocidades e a pressão de alimentação do equipamento de perfuração podem corresponder aos parâmetros de trabalho ideais da broca selecionada?

Orçamento do projeto:As brocas diamantadas têm o custo inicial mais elevado, mas o seu custo unitário por metragem pode ser menor quando se perfuram rochas duras; as brocas de liga têm um custo inicial baixo, mas desgastam-se muito rapidamente em rochas duras.