Las brocas y cortadores de diamante policristalino compacto (PDC) se comercializan desde hace varias décadas. Durante este tiempo, tanto las brocas como los cortadores PDC sufrieron numerosos contratiempos en sus inicios, pero también experimentaron un gran desarrollo. Poco a poco, las brocas PDC fueron reemplazando gradualmente a las brocas cónicas gracias a las continuas mejoras en el cortador, la estabilidad y la estructura hidráulica. Actualmente, las brocas PDC representan más del 90 % de la superficie total de perforación en el mundo.
La fresa PDC fue inventada por primera vez por General Electric (GE) en 1971. Las primeras fresas PDC para la industria del petróleo y el gas se fabricaron en 1973 y, tras tres años de pruebas experimentales y de campo, se introdujo comercialmente en 1976, después de demostrar ser mucho más eficiente que la acción de trituración de las brocas de botón de carburo.
En sus inicios, la estructura de la fresa PDC era la siguiente: una punta redonda de carburo (8,38 mm de diámetro y 2,8 mm de espesor) y una capa de diamante (0,5 mm de espesor, sin chaflán en la superficie). En aquel entonces, también existía una fresa PDC con sistema de vástago Compax. La estructura de esta fresa era la siguiente: el vástago Compax PDC se soldaba al vástago de carburo cementado para facilitar su instalación en la broca de acero, lo que resultaba más práctico para el diseñador de la broca.
En 1973, GE probó su primera broca PDC en un pozo en la zona de King Ranch, al sur de Texas. Durante la perforación de prueba, se detectó un problema de limpieza en la broca. Tres dientes fallaron en la unión soldada y otros dos se rompieron junto con la pieza de carburo de tungsteno. Posteriormente, la empresa probó una segunda broca en la zona de Hudson, Colorado. Esta broca presentaba una estructura hidráulica mejorada para solucionar el problema de limpieza. La broca logró un mejor rendimiento en formaciones de arenisca y lutita con una alta velocidad de perforación. Sin embargo, se produjeron varias desviaciones de la trayectoria prevista del pozo durante la perforación, y aún se registró una pequeña pérdida de cortadores PDC debido a la conexión soldada.
En abril de 1974, se probó una tercera broca en la zona de San Juan, Utah, EE. UU. Esta broca presentaba una estructura dentada y una forma mejoradas. Reemplazó a las brocas cónicas de cuerpo de acero en el pozo adyacente, pero la boquilla se desprendió y la broca resultó dañada. En aquel momento, se consideró que esto ocurrió cerca del final de la perforación en una formación dura, o bien fue un problema causado por la caída de la boquilla.
Entre 1974 y 1976, diversas empresas y emprendedores evaluaron varias mejoras en las brocas PDC. Muchos problemas existentes fueron objeto de investigación. Los resultados de estas investigaciones se integraron de forma natural en los dientes Stratapax PDC, lanzados por GE en diciembre de 1976.
El cambio de nombre de Compax a Stratapax ayudó a eliminar la confusión en la industria de las brocas entre las brocas con núcleos compactos de carburo de tungsteno y las brocas Compax de diamante.
A mediados de los años 90, se empezó a utilizar ampliamente la tecnología de biselado en los dientes de corte de las fresas PDC. La tecnología de biselado múltiple fue patentada en 1995. Si se aplica correctamente, la resistencia a la fractura de los dientes de corte de las fresas PDC puede aumentar en un 100 %.
En la década de 1980, tanto GE Company (EE. UU.) como Sumitomo Company (Japón) estudiaron la eliminación de cobalto de la superficie de trabajo de los dientes de las brocas PDC para mejorar su rendimiento. Sin embargo, no lograron el éxito comercial. Posteriormente, Hycalog (EE. UU.) rediseñó y patentó una tecnología que demostró que, al eliminar el material metálico del espacio entre los granos, la estabilidad térmica de los dientes de las brocas PDC mejora considerablemente, permitiendo una perforación más eficaz en formaciones más duras y abrasivas. Esta tecnología de eliminación de cobalto mejora la resistencia al desgaste de los dientes de las brocas PDC en formaciones rocosas duras y altamente abrasivas, ampliando así su rango de aplicación.
A partir del año 2000, la aplicación de brocas PDC se ha expandido rápidamente. Las formaciones que antes no podían perforarse con brocas PDC ahora pueden perforarse de forma económica y fiable con este tipo de brocas.
En 2004, las brocas PDC representaban aproximadamente el 50% de los ingresos del mercado, y la profundidad de perforación alcanzaba casi el 60%. Este crecimiento continúa hasta el día de hoy. Casi todas las brocas PDC que se utilizan actualmente en aplicaciones de perforación en Norteamérica.
En resumen, desde su lanzamiento en la década de 1970 y su lento crecimiento inicial, las brocas PDC han impulsado gradualmente el desarrollo continuo de la industria de brocas para la exploración y perforación de petróleo y gas. El impacto de la tecnología PDC en la industria de la perforación es enorme.
Los nuevos participantes en el mercado de dientes de corte PDC de alta calidad, así como las principales empresas de perforación, siguen liderando la reforma y la innovación de materiales y procesos de producción innovadores para que el rendimiento de los dientes de corte PDC y las brocas PDC pueda mejorarse continuamente.
Fecha de publicación: 7 de abril de 2023