Perforacion a Diamantina Ddh Caracollo

METODOS DE PERFORACION MIN - 2304

PERFORACION A DIAMANTINA DDH

Los principios del método. Nos dice que las fuerzas de empuje y rotación, ejercidas sobre el útil, son las

que producen el desgarramiento del macizo rocoso, como efecto de la intervención de la resistencia a la

tracción que es menor que la comprensión.

Tenemos entonces que las fuerzas combinadas de rotación y empuje, transmitidas a la broca, van a

producir fricción, erosión, desgaste ó desgarramiento de la roca en toda el área sometida a estas

fuerzas.

Pero no solo la roca sufrirá esta erosión o desgarramiento, sino también la broca, que

finalmente terminará su vida útil con el desgaste de su matriz diamantada. El diamante (impregnado o

insertado en la matriz) al poseer la mayor dureza (en la escala de Mosh), ofrecerá mayor resistencia,

provocando el desgaste más prolongado de la roca,como efecto del proceso de la perforación.

El área cilíndrica de la broca, va a producir la formación de dicho pozo y por otra parte la formación de

un cuerpo cilíndrico (en el diámetro interior) que va a constituirse en el testigo de las formaciones

geológicas, el cual se recupera actualmente con el empleo de los tubos “saca testigos” desarrollados por

Longyear en los años 50. Ahora, el empleo de estas fuerzas, no solo produce desgaste y desgarramiento

si no también material desprendido, que son los recortes y por supuesto calor; los cuales se controlan

con el empleo de la circulación de fluidos, que principalmente es el agua.

El agua sigue siendo el fluido de barrido básico por excelencia, también la incorporación reciente de los

lodos de polímeros de alto peso molecular, los cuales son muy importantes para mantener la estructura

del pozo sobre todo en las formaciones poco consolidadas o friable que además permite una mejor

recuperación de los testigos.

La circulación de fluido desde la bomba, pasando por la giratoria de inyección al varillaje, hasta la broca;

para luego retornar por el espacio anular entre la pared del pozo y la sarta de perforación cumpliendo

dos tareas fundamentales: Enfriar la broca más el varillaje y arrastrar a la superficie, los detritus

generados durante la perforación.

La sarta de perforación, compuesta de abajo hacia arriba por los siguientes elementos.

UNIV. EDWIN VELASQUEZ R. 1


1. Útil de perforación o coronas (brocas).

2. Tubos saca testigos (Tubo interior)

3. Varillaje (Tubería)

4. Giratoria de inyección (Conexión de bomba)

Estos componentes constituyen las herramientas principales del proceso de la perforación diamantina y

en cada uno de estos puntos nos hace una descripción más detallada.

1. Coronas (brocas)

Encontramos la clasificación de éstas en dos grupos: las de diamantes y las de metal duro, siendo las

primeras las más usadas hasta la actualidad.

En el primer grupo, lo primero que vamos a ver es una interesante descripción sobre los diferentes tipos

de diamantes usados en la fabricación de las coronas, entre las que se encuentran los diamantes

sintéticos (los cuales que se fabrican a altas presiones y temperaturas a partir del grafito). Los

carbonados, también llamados “carbonos”, que solamente se encuentran en Brasil, fueron los primeros

que se usaron en la perforación.

Éste punto es muy importante porque la tecnología de fabricación de brocas se sustenta en el uso

adecuado de los tipos de diamantes, teniendo en cuenta las durezas de las formaciones a perforar.

En ese sentido la unidad de medida de los diamantes es el quilate que es una unidad de medida de su

densidad. De esto dependen las características de los diamantes que lo harán ideales para perforar

determinados tipos de formaciones.

En cuanto al diseño podemos ver cómo se fabrica la matriz (básicamente compuesto de carburo de

tungsteno con pequeñas cantidades de otros metales), la orientación de los diamantes, el tamaño y

otros factores como el perfil, vías de agua, etc. que van a dar una determinada característica a cada

broca.



También encontraremos datos interesantes en el desarrollo de la fabricación de diamantes sintéticos.

Ensanchadores (reaming Shell) de tungsteno y de inserción de diamantes, una herramienta de apoyo

para viabilizar sobre todo los pozos profundos. Aunque JLJ admite en esta parte que no es necesario su

utilización en formaciones blandas, en la actualidad ya no es concebible la perforación sin ésta

herramienta de apoyo que cumple varias funciones aunque la principal ventaja sigue siendo la de

mantener el diámetro apropiado del pozo para el cambio de coronas.

TIPOS DE PERFORACION ROTATORIA CON OBTENCION DE TESTIGOS

Asimismo, encontraremos una descripción de los diferentes tipos de tubos sacatestigos, que

prácticamente es la historia del desarrollo de esta herramienta que comienza con el tubo sacatestigos

sencillo, pasando por el tubo sactestigos doble fijo, tubo sacatestigos doble giratorio, tubo sacatestigos

triple hasta el moderno tubo interior del sistema wire line desarrollado por Longyear en los años 50.

Existen dos tipos:

Convencional

o Simple



o Doble rigido

Wire line

BARRAS DE PERFORACION

El varillaje, los tubos, la tubería o sarta de perforación, las propiedades físicas de los aceros y los

tratamientos a la que son sometidos.

“Hasta que el varillaje adquiere un peso suficiente, es preciso aplicar presión al mismo para que la

perforación se produzca. Como consecuencia, de esta presión las varillas trabajan a compresión,

produciéndose un pandeo y por consiguiente, un roce contra las paredes del sondeo.

Las varillas se desgastan en la parte próxima a las uniones, con el consiguiente riesgo de rotura.

También sufren una deformación longitudinal perdiendo su rectitud.”



En la actualidad los diámetros y otros parámetros en la fabricación de tubos de perforación se han

estandarizado bastante. Muchas de las diferencias los vamos a encontrar más en la calidad de las

mismas.

En cuanto a herramientas y accesorios de perforación también nos habla sobre la giratoria de inyección,

conocida también como conexión de bomba (swivel en inglés) y sobre los tubos de revestimiento o

encamisado (casing) que para los sistemas anteriores a los actuales eran especiales. Actualmente, los

mismos tubos de perforación se usan como tubos de revestimiento teniendo siempre como uno de los

retos, la recuperación de éstos al final del taladro. Cerrando lo referente a accesorios encontramos unos

gráficos con diferentes tipos de accesorios de pesca para la tubería.

TÉCNICA DE PERFORACIÓN

Preparación del emplazamiento

El lugar donde se va a llevar a cabo un sondeo debe ser convenientemente preparado para acceder al

mismo con los vehículos auxiliares, así como para que la sonda funcione en unas condiciones de

estabilidad y eficiencia garantizadas.

Además, debe acondicionarse en sus proximidades un espacio para depositar todo el material que se

prevé utilizar, tanto en la perforación como en las operaciones auxiliares, que generalmente se guardara

en casetas prefabricadas.

Velocidad de rotación

La velocidad periférica depende principalmente del tipo de corona que se esté utilizando, tal como se ha

indicado en el epígrafe 5.1.

Las velocidades periféricas que se recomiendan son las siguientes:

Carburo de tungsteno-Prismas ………………………………………... 5,5 m/s

Carburo de tungsteno-Plaquitas trituradas ………………………… 5,5 – 2 m/s

Inserción de diamantes …………………………………………………..1-3 m/s

Impregnación de diamantes …………………………………………….2-5 m/s



La elección de la velocidad de rotación depende también de otros factores, tales como: tipo de sonda,

diámetro de perforación, profundidad del sondeo, relación entre varilla y diámetro del sondeo,

vibraciones, etc.

Para obtener una alta velocidad de avance con coronas de impregnación, la velocidad de rotación debe

ser tan alta como sea posible, pero sin vibraciones.

Tanto en las coronas de inserción como de impregnación, la velocidad de avance aumenta linealmente

con el aumento de la velocidad de rotación, fig. 38.

Figura 38. Aumento de la velocidad de avance con la velocidad de rotación.

Con el ábaco de la fig. 39 pueden obtenerse las velocidades de rotación para diferentes tipos de brocas

de perforación y diámetro de éstas, según la velocidad periférica fijada como conveniente.

En la sarta de perforación pueden aparecer dos tipos de vibraciones como consecuencia de la rotación:

en los acoplamientos entre varillas y en el tren completo.

Para determinar la velocidad de rotación crítica rpm para el primer tipo de vibración se utiliza la

expresión siguiente:

Donde:



DE, DI = Diámetros exterior r interior de la varillas (cm)

I = Longitud de una varilla (m).

Para el segundo tipo de vibración, la velocidad de rotación crítica se obtiene a partir de:

Donde:

L = Longitud total de la sarta (m)

Las vibraciones secundarias y armónicas pueden aparecer para velocidades 4, 9,16, 25, etc. A veces

superiores a las calculas con la ecuación anterior.

Figura 39. Velocidades de rotación en función de las velocidades periféricas y diámetros de las bocas.

Una forma útil para estimar la velocidad de penetración ideal es la siguiente:



Donde:

S = Número de diamantes en el diámetro medio de la corona.

Esa formula se basa en experiencias que han demostrado que el avance máximo por diamante y

revolución es del orden de 0,008 mm.

En la figura 40 se muestra que la velocidad de penetración en función del empuje y de la velocidad de

rotación. Si en la práctica se obtienen velocidades de ¼ a 1/6 de las óptimas, la penetración será

antieconómica.

Figura 40. Velocidad de penetración (m/h) función de la velocidad de rotación (r/min) y del empuje

sobre la corona (kg)



Sobre esa base, para coronas con tamaños A, B, N las velocidades máximas serán del orden de 2 m/h y

las mínimas de 0,3 (0,5 cm/min) a 0,5 m/h (0,8 cm/min).

Para las coronas de impregnación las velocidades de penetración son similares a las de las coronas de

concreción.

Empuje

La figura 41 muestra que, hasta cierto nivel, la velocidad de avance aumenta cuando se incrementa al

empuje de la sonda; a partir de este momento, la velocidad de avance disminuye. Este efecto ocurre

más rápidamente con coronas de impregnación que con las de inserción. El avance óptimo se alcanza

cuando todos los diamantes de corte son presionados contra la roca, dejando el frente de la corona

prácticamente descansando sobre la matriz. En este punto, un aumento del empuje de la sonda no es

beneficioso, ya que los filos de corte de los diamantes no pueden ser presionados más contra la roca.

Un empuje excesivo sobre las coronas de inserción ocasionan la rotura de los diamantes, aumentando

con esto el ritmo de desgaste, fig. 42.

Figura 42. Influencia del empuje máximo en el desgaste de la corona.

Cuando es necesario un empuje mayor para que una corona de inserción corte, debido a que los

diamantes se han pulimentado, la corona deberá devolverse para su recuperación. Esto debe hacerse a

tiempo, antes de que los diamantes empiecen a soltarse, romperse o quemarse.

Una corona de inserción debe ser devuelta para recuperación cuando:



La velocidad de inserción es excesivamente baja (menor de 5 cm/min).

Los diámetros interior y exterior están demasiado gastados.

La corona ha perdido gran número de diamantes.

El frente de la corona empieza a quemarse.

Si no dispone de experiencia suficiente, una regla práctica que permite aproximarse al empuje máximo y

aceptable, cuando se utilizan diamantes de calidad, viene dada por la siguiente fórmula:

EMPUJE MÁXIMO (kg) = PESO EN QUILATES x N° DE PIEDRAS POR QUILATE x 3,2.

El depósito calcáreo, se encuentra cerca de la comunidad de Villa Vinto-Central Cañohuma de la

provincia Cercado del departamento de Oruro, a 37 kilómetros de distancia del municipio de Caracollo.

Se puede ingresar también por Corani desde La Paz.

El informe técnico estuvo a cargo del director técnico de geología de Sergeotecmin, Richard Zenteno

Pocoata, quien en su alocución manifestó el éxito de los trabajos de campo en este yacimiento en

coordinación con la Empresa Maldonado exploraciones quienes han sido los responsables del trabajo

operativo. Se han realizado 20 perforaciones de pozos a diamantina, para sacar la línea de testigo,

calizas, las cuales pueden constituir la materia prima del cemento.

La perforadora empleada en esta labor es de marca canadiense VERSADRIL 3.4 que actualmente se los

esta ensamblado en la ciudad de La Paz.



La perforadora consta con un sistema hidráulico que está conectado al cabezal de rotación, empuje y

sostencion de las barras, esta presión hidráulica es generada por un motor estacionario de combustión

interna a diesel

Esta perforadora es del tipo WIRE LINE que consta de una barra saca testigos de una longitud de 3

metros que se inserta por el interior de las barras, para recuperar el testigo se introduce el pescador el



cual esta acoplado a un cable acerado el cual llega hasta el fondo de la perforación hasta conectar al

saca testigos y extraerlo.

Se puede ver como se está introduciendo el pescador para extraer el testigo



Extraccion del saca testigos

Se procede al vaciado del testigo como se muestra.

Seguidamente se vuelve a introducir el saca testigos de misma forma que se lo saco con el pescador

dejándolo en el fondo del taladro, por lo general se trabaja con dos barras saca testigos el cual se

introduce mientras el otro se esta realizando el vaciado de los testigos.



Luego se procede a poner los testigos en la caja porta testigos que tiene sus respectivas anotaciones

como el número de pozo, el número de testigo, la longitud.

El procedimiento para el aumento de barra se efectúa con la ayuda del wire line que eleva la barra y el

operador inserta en la rosca de la barra así de esta manera empalmando.

Inyectores de agua que están conectadas a las barras





Se procede al traslado de las cajas de testigos a las oficinas donde se procede a efectuar el respectivo

logueo de los testigos.

TRANSPORTE Y RESPECTIVO LOGUEO DE LOS TESTIGOS


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