maquinaria mineria

MAQUINARIA MINERA

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN

Perforadoras

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN MAQUINARIA MINERA

FUNDAMENTOS Y GENERALIDADES DE LA PERFORACIN El resultado de una operacin extractiva depender fundamentalmente de sus costos, razn por la cual

la perforacin es de la mayor importancia en el costo de la remocin de minerales o roca, por lo tanto

tratar de rebajar su incidencia en el costo de produccin ser la principal preocupacin del personal a

cargo del rea de perforacin y tronadura.

Los factores que influyen en la rebaja de costos de la perforacin son variados, aqu presentamos los

ms comnmente considerados.

Tipo de explosivo a usar.

Altura de los bancos.

Tonelaje que el explosivo puede remover

Tamao de la perforacin, profundidad de los tiros y espaciamiento.

Angulo de la perforacin

Tonelaje promedio a obtener diariamente

Capacidad del chancador primario

Capacidad de los equipos de carguo y transporte

Aptitud y actitud del personal de perforacin y tronadura

Experiencias anteriores en tronadura

Caractersticas del clivaje de la roca

Caractersticas de perforabilidad de la roca

Disponibilidad de los equipos de perforacin

Cmo elegir el equipo adecuado capaz de perforar y quebrar cualquier tipo de roca?

En realidad considerando las casi infinitas variables de combinaciones, de los componentes de la roca,

los tipos de formaciones en las cuales se opera, los objetivos que se persiguen cada vez de mayor

exigencia con la perforacin descartan cualquier opcin de contar con un equipo y un mtodo universal

para perforacin.

La dureza es solo uno de los factores que deben ser considerados en la eleccin de un mtodo de

perforacin, cualquier formacin puede ser altamente dura o abrasiva, depende solo de su ubicacin

geogrfica, en estas condiciones la perforacin puede llegar a ser un gran problema.

PERFORACIN EN FORMACIONES DURAS, FRACTURADAS O FORMACIONES INCLINADAS.

Tal vez los yacimientos con mantos muy inclinados sean el peor escenario para una faena de

perforacin, son en extremo complicados ya que hay perdidas de circulacin de aire o agua , dificultad

en la limpieza y atascamiento de la columna de perforacin, despus de la empatadura las barras

tienden a seguir los clivajes o fallas, lo que indudablemente va a dar como resultado tiros torcidos y

barras de perforacin fatigadas con altos riesgos de ruptura en las zonas de mayor tensin como los

radios de los fondos de las roscas, las zonas de uniones soldadas o cualquier otro punto de tensin.

Los equipos rotativos tienen una clara ventaja en la perforacin de formaciones fracturadas debido a

que el rea anular es pequea y por lo tanto la velocidad de retorno del aire con material triturado es


muy alta (velocidad de barrido), esto hace que el tiro se limpie antes de que las partculas se depositen

en las grietas o zonas de fracturas.

Si se encuentra humedad o barro en vetas arcillosas, esquistos viscosos o en grietas se van a formar

anillos alrededor de la columna, lo que puede presentar peligros de atascamiento o dificultades para

cargar el tiro con el explosivo adecuado.

Para controlar este problema podramos agregar agua o detener la perforacin por un rato dejando

que el agua se acumule hasta cierta altura para enseguida soplar con todo el aire, esto hace que el pozo

se limpie dejando las paredes suaves.

En formaciones que tienen mucha agua se presenta un serio problema para los equipos de perforacin

rotativa ya que su baja presin de aire 40 a 50 p.s.i. a veces no son suficientes para evitar la formacin

de una columna esttica que reduce la capacidad del aire para levantar el material removido por el

tricono desde el fondo del pozo.

La perforacin rotativa se introdujo como mejora tecnolgica en el ao 1909 por su inventor Howard

R. Hugues, la nueva herramienta consista en conos giratorios con dientes cortantes que rodaban en el

fondo del pozo y creaban una accin de escopleado o traslapeo, esta nueva herramienta de conos

permiti a las perforadoras rotativas exceder lejos los mejores rendimientos alcanzados en formaciones

duras, en esos tiempos an no se pensaba aplicar el nuevo mtodo a la perforacin de minera, solo

fueron usadas en exploracin geofsica, pozos de agua y por

supuesto el petrleo.

Debido al rpido incremento en el uso de la rotacin en la

perforacin de roca, los fabricantes de perforadoras y de

triconos han tenido que ir ofreciendo cada vez mejores

elementos.

Los fabricantes de triconos por ejemplo han hecho significativos

avances en el diseo de los dientes y en la capacidad de los

cojinetes , como resultado de esto ahora se recomiendan

aplicaciones de mayor peso sobre el tricono, de modo que las

formaciones duras puedan ser perforadas econmicamente con

brocas rotativas.

ELEMENTOS QUE COMPONEN LA COLUMNA DE PERFORACIN

La columna de perforacin es uno de los componentes ms caros de un

equipo de perforacin, por lo que su duracin determinar si su

inversin econmica ha sido amortizada o que origina prdidas a la

compaa.

AMORTIGUADORES.

El amortiguador de vibraciones o de impactos, es uno de los elementos

ms importantes en el conjunto de la columna, su trabajo consiste

fundamentalmente en absorber parte de la energa liberada por el

tricono de perforacin que no ha sido utilizada en romper la roca.


Considerando la evolucin tecnolgica de los aceros de perforacin y la constante exigencia por mayor

productividad en las minas, este accesorio es parte vital para un buen desempeo en la operacin.

Un buen diseo de este accesorio es aquel que tiene incorporado como elemento principal en su

estructura una gran masa amortiguadora de impactos que absorba golpes y vibraciones no deseadas

que provocan daos a los equipos y afectan a la perforacin.

Los efectos directos ms frecuentes en la operacin por un amortiguador defectuoso o por la ausencia

de este son las sgtes.

Daos en el tricono de perforacin, rotura de botones y daos en rodamientos.

Daos en rodamientos de cabezal de rotacin, ejes de transmisin, dientes en conjuntos de

engranajes.

Daos en la estructura de las torres de perforacin y puntos de uniones soldadas.

Desviacin en el rumbo de la perforacin.

Vibraciones excesivas en cabina de control.

Los daos antes sealados son generados por las solicitaciones

mecnicas que actan de manera constante o alternada sobre la columna

de perforacin y transfieren energa a travs del tricono hasta el

amortiguador de vibraciones e impactos.

Definiremos de la forma ms simple posible cada una de estas

solicitaciones mecnicas tambin llamadas esfuerzos mecnicos e

indicaremos como actan en una columna de perforacin.

BARRAS DE PERFORACIN

Inmediatamente debajo de los adaptadores superiores se ubican las barras de perforacin, se pueden

definir como elementos de extensin y de unin que transfieren la energa de rotacin y

empuje desde el cabezal de rotacin a la herramienta de corte o tricono de perforacin

conduciendo internamente el aire necesario para generar la evacuacin del material

cortado desde el fondo de la perforacin a la superficie.

Las longitudes, los dimetros, los hilos y sus diseos obedecen exclusivamente al tipo de

maquina en que sern usadas.

A excepcin de algn accesorio especial, no hay otro elemento en la columna de perforacin

que est sometido a condiciones de trabajo tan extremas y severas como las barras de

perforacin.

Por tales motivos para la confeccin de esta vital herramienta de perforacin se deben

combinar la experiencia de los ingenieros de diseo con la total cooperacin de los usuarios

en terreno para conseguir el mximo de rendimiento de estos elementos beneficindose al

extender su vida til.

Cada barra de perforacin tiene una identificacin nica e irrepetible para hacer un


seguimiento durante el periodo que dure su vida til, utilizando esta informacin el fabricante puede

realizar mejoras a su diseo y adaptarlo a las condiciones de terreno.

Las barras de perforacin no obedecen a un estndar de fabricacin, este depende como se ha sealado

principalmente del terreno donde se usaran, bsicamente su diseo consiste en un tubo de unin entre

un terminal con rosca macho y un terminal con rosca hembra, razn por la cual la vida til de las

barras se mide por el desgaste que gradualmente va sufriendo la pared de dicho tubo.

Independiente de lo anterior, las barras se pueden especificar por el espesor de pared del tubo

sealado, cuando las condiciones de dureza de roca exigen una mayor energa de empuje se necesita

que las barras puedan tener una mayor resistencia a las cargas de compresin, por tal razn su espesor

de pared debe ser necesariamente mayor.

Dada La Importancia Y Alto Costo Que Pueden Tener Las Barras De Perforacin Daremos

Algunas Recomendaciones Para Su Uso Y Seleccin.

En una columna de perforacin siempre es recomendable el uso de barras de una misma

marca.

En general siempre sern recomendable las barras de pared ms gruesa, sin embargo por el

mayor peso esta recomendacin estar limitada a la capacidad de la perforadora.

Considerar en la seleccin de barras la capacidad de levante de la perforadora.

Tamao y profundidad del tiro.

Volumen medio de circulacin de aire.

Cargas de torsin, tensin y compresin.

Disponibilidad de llaves de sujecin.

Logstica para el transporte y manipulacin.

Condiciones de manutencin y cuidado.

ADAPTADORES DE TRICONO (BIT SUB)

En la parte inferior de la columna de perforacin se ubican los adaptadores de

tricono a barras que unen las barras de perforacin con los triconos de

perforacin, su funcin es similar a los adaptadores superiores, en algunos

casos deben unir elementos con roscas diferentes, pero nunca unir elementos

con diferentes dimetros.

Es el elemento de una columna que est expuesto a las ms severas

condiciones de desgastes por abrasin las que se originan en el fondo de la

perforacin.

Histricamente los adaptadores de triconos cumplan funciones de

estabilizadores de la columna de perforacin, para lo cual se confeccionaban

con rodillos giratorios o aletas de aceros antiabrasivos dispuestas en sentido

longitudinal o helicoidal.

El rpido desarrollo de la ingeniera en la construccin de nuevos triconos de

perforacin trajo como consecuencia un aumento en la velocidad de la

perforacin, llmese aumento de r.p.m. Y carga sobre el tricono mismo, razn


por la cual la cantidad de material removido deba ser extrada desde el fondo del pozo en el menor

tiempo posible con el propsito de mantener limpio el frente de corte.

Al evacuar el material removido tambin se disminuye la gran turbulencia que va gastando los

faldones del tricono, el cuerpo del adaptador y de manera ascendente el resto de los componentes de la

columna, el desgaste de los faldones del tricono y el cuerpo del adaptador es ocasionado por la

mencionada turbulencia y remolienda del tricono al repasar las partculas ms pesadas que no alcanzan

a ser levantadas por el aire de barrido.

El flujo de material turbulento que se ubica en el fondo de la perforacin es causado por el aire a alta

presin que sale desde las toberas del tricono, las tres toberas de barrido ms la rotacin necesaria

para la ruptura y remocin del material a cortar son los que generan la turbulencia.

Esta turbulencia pasa a un flujo de evacuacin la minar cuando ya se encuentra aproximadamente a una

altura de un metro desde el fondo del pozo.

Una alta velocidad de barrido solo aumenta la turbulencia del material y acelera el desgaste de los

aceros, por otro lado cuando la cantidad de agua utilizada para controlar la emisin de polvo es

excesiva, el dao a los rodamientos de los triconos es inminente as como el efecto de arenado en los

aceros de perforacin.

Por las condiciones de trabajo mencionadas es que el estabilizador de rodillos y/o de aletas fue

reemplazado por un cuerpo liso, es decir la geometra del adaptador o bit sub debera ser perfilada de

tal manera que presentara la menor resistencia posible a la evacuacin del material removido a altas

velocidades.

Tal como lo hemos sealado las mayores exigencias en trminos de mayor productividad en los centros

mineros trajo consigo la evolucin tecnolgica en los diseos de los aceros de perforacin, de tal

manera que la rentabilidad o bajo costo de los mismos hoy DIA es un factor clave para el anlisis tcnico

econmico de cualquier proyecto minero, razn por la cual los fabricantes de aceros de perforacin

para la minera han debido hacer uso de nuevas tcnicas de fabricacin que permitan aumentar la vida

til de los elementos con el propsito de controlar el valor del metro perforado llevndolo a l menor

costo posible de obtener en razn de aumentar la vida til de cada elemento.

Por esta razn es que en el caso de los adaptadores de triconos principalmente se estn utilizando

recubrimientos antiabrasivos como proteccin al desgaste por erosin y friccin que son las nicas

causas de desgastes que los afecta, estos recubrimientos pueden ser fundamentalmente en base a

depsitos con aleaciones de carburos de cromo o depsitos con carburos de tungsteno, la eleccin de

uno u otro pasa por un anlisis tcnico econmico que permita ofrecer la mejor alternativa al

usuario.

En cualquiera de los casos se usaran indistintamente tanto en adaptadores de triconos como en

recubrimientos para los terminales de las barras sean pin o box.


ANILLOS GUAS ROTATORIOS

La importancia de este accesorio generalmente no es plenamente reconocida por los usuarios as como

tampoco su adecuado uso y manipulacin.

Sin embargo en el tem de la columna de perforacin el costo de este accesorio puede llegar a ser

altamente incidente si no se controla debidamente su uso en la operacin, los principales daos se

producen por golpes que reciben a travs de la columna de perforacin cuando el terreno que se est

perforando es muy duro, en estas condiciones de perforacin las barras estn siendo sometidas a una

gran carga de empuje lo que a su vez da origen a grandes curvas de pandeo que asociadas a la

rotacin en conjunto con las vibraciones son los mayores causantes de golpes y daos en los anillos

guas.


El diseo de estos accesorios considera que su

buje interior gire sobre dos o tres pistas de

rodaduras en las cuales estn las bolas de acero

que permiten la rotacin del buje interior

reduciendo su coeficiente de roce, la cantidad de

pistas de rodadura depende del dimetro del

anillo gua y por consecuencia del dimetro de

las barras de perforacin.

Los cuerpos exterior e interior de los anillos guas

se fabrican en aceros de alta resistencia mecnica

con tratamientos trmicos, sin embargo las

durezas que estos alcanzan en las pistas de

rodaduras as como la dureza de las bolas no

pueden ser mayores debido a los impactos

permanentes a que estn expuestos, una mayor

dureza solo afectara su vida til ya que la resistencia a los impactos se reduce notablemente.

Los anillos guas montados sobe rodamientos tienen una importancia vital en la verticalidad de la

columna de perforacin, si los tiros a perforar son inclinados entonces el buen estado de estos

accesorios tiene an ms relevancia dado a que su ajuste reduce las desviaciones en los tiros y tambin

reduce las vibraciones.

Nunca se debe golpear un anillo gua, el flange de fijacin a la mesa de trabajo es la parte ms sensible

de ser daada por impactos, al momento de ser instalados estos deben deslizarse suavemente dentro de

la perforacin de la mesa.


El control de desgaste se realiza en el buje interior, es recomendable que este desgaste no sea

mayor a por lado, es decir 1 de desgaste total en su dimetro interior.

TRICONOS DE PERFORACIN.

En el diseo de triconos el factor de control es el espacio disponible debido a que las dimensiones estn

limitadas por el dimetro del pozo que debe ejecutarse.

Por tal razn los diseadores deben considerar la proporcin de las diferentes partes tales como:

Cojinetes o rodamientos.

Espesor del cuerpo de los conos.

Tamao de los botones.

En los triconos se asegura la mayor duracin debida a que su

diseo permite la mxima utilizacin del espacio disponible,

adems el tricono es ms efectivo para mantener el dimetro

constante del tiro puesto que tiene mayor superficie

calibradora.

Los conos estn montados sobre un eje de rodamientos o

cojinetes los que a su vez forman parte de las patas o faldones

de los triconos, esta construccin integral provee la superficie

y resistencia para soportar las cargas que la actual tcnica de

diseos y exigencias de perforacin imponen sobre el tricono.

La carga o el pulldown sobre la roca es absorbida por los rodamientos de bolas, de rodillos o cojinetes

de friccin ubicados cerca de la base de los conos.

Los triconos de dimetros superiores a 12 tienen dos o ms rodamientos de rodillos para aumentar

su capacidad de empuje sobre la roca.

Para obtener mayor accin sobre el fondo del pozo se recurre a la excentricidad de los ejes de los tres

conos, la excentricidad de los conos se traduce en una mayor penetracin en la mayora de las

formaciones debido a la accin de escariado adicional de los dientes del cono.

El valor de la excentricidad de los conos depende de la formacin que deba perforarse, pues la accin de

escariado en formaciones abrasivas desgasta ms rpidamente los dientes, as como tambin el

dimetro del tricono.

El tricono, el compresor, la perforadora y todos los componentes de la columna de perforacin deben

complementarse para para lograr la perforacin ms econmica y eficiente.

La formacin que se va perforar es la que indica que se necesita de la broca y de los accesorios de la

columna de perforacin tales como dimetros de barras espesor de tubo de barras, tipos de

recubrimientos anti abrasivos etc.


La experiencia en terreno indica que una velocidad anular de barrido de 5.000 pie/min. Es suficiente

para la remocin de los recortes de materiales livianos en la mayora de los casos, y que para

materiales pesados se necesitaran unos 7.000 Pie/Min o tal vez ms.

SELECCIN Y USO DE TRICONOS

El rendimiento de un tricono se ve afectado por varias caractersticas de la formacin incluyendo su

resistencia, de todas maneras no existe un mtodo para relacionar estas caractersticas directamente

con la seleccin del tricono.

Quizs la manera ms simple de seleccionar el tricono adecuado sea determinar el tipo de formacin

que se va a perforar, en cualquier caso el mtodo final para determinar el tipo de tricono es la

experiencia que est dando la actual perforacin.

En las formaciones muy blandas los pesos se pueden reducir y todava producir un buen rendimiento,

el mejor mtodo de determinar el peso ptimo sobre el tricono es dictado por la prctica de la

perforacin en cada caso.

La velocidad de rotacin variar en cada caso entre 50 a 80 r.p.m. el aumento de la velocidad de

rotacin aumentar la velocidad de penetracin, pero al mismo tiempo aumentar el desgaste de los

rodamientos y la estructura de corte, este efecto deber ser observado en el proceso de evaluacin de

los resultados de variaciones de velocidad.

CARACTERSTICAS DE FALLAS DE TRICONOS Y RECOMENDACIONES

FALLA CAUSAS PROBABLES SOLUCIONES

DESGASTE DIAMETRAL

BROCA INADECUADA

VELOCIDAD EXCESIVA

ATRAPAMIENTOPOR DERRUMBE DE

POZO

PERDIDA DE CIRCULACIN DE AIRE

BARRAS TORCIDAS

CAMBIO A FORMACIN CON

DIFERENTE DUREZA

BROCA CON MEJOR RECUBRIMIENTO

BAJAR LAS R.P.M.

RE REPASAR LENTAMENTE CON TRICONO USADO

VOLUMEN Y PRESION DE AIRE ADECUADA

REVISAR Y/O CAMBIAR BARRAS

LEVANTAR Y REPASAR VARIANDO PESO Y R.P.M.

EROSION DE CONO

BROCA INADECUADA

PESO EXCESIVO

MALA CIRCULACIN DE AIRE

EXCESO DE AGUA

BROCA PARA FORMACIN MAS BLANDA

REDUCIR PESO

REDUCIR SI HAY EXCESO Y SI SE PRODUCE ARENADO

USAR MINIMO POSIBLE.

DESGASTES DE


VELOCIDAD EXCESIVA

CHEQUEAR COMPRESOR Y/O CAMBIAR BOQUILLAS DE

TRICONOS

BAJAR R.P.M.


RODAMIENTOS

CONDUCTOS DE AIRE TAPADOS

TERRENO FRACTURADO

LIMPIAR CONDUCTOS

BAJAR PULLDOWN

DESGASTE DE NCLEO

( CORING)

EMPATAR SIN AIRE O CON POCO AIRE


MALA INICIACIN DE TRICONO

EVITAR ESTA PRACTICA

CHEQUEAR COMPRESOR Y/O CAMBIAR BOQUILLAS A

TRICONOS

CON TRICONO NUEVO INICIAR LENTAMENTE Y CON

POCO PESO

QUEBRADURA DE INSERTOS

TRANSPORTE O MANIPULACIN

INADECUADA

TRICONO INADECUADO

FALLAS AL INICIO

VELOCIDAD EXCESIVA

CAMBIO BRUSCO DE FORMACIN

VIBRACIONES EXCESIVAS

MATERIAL EXTRAO EN EL FONDO

DEL POZO

MEJORAR CONDICION

PONER TRICONO CON INSERTOS CORTOS PARA

FORMACIN DURA

INICIO DE PERFORACIN LENTO

BAJAR R.P.M.

BAJAR R.P.M Y PESO

CONTROLAR R.P.M. Y PESO, USAR AMORTIGUADOR Y /O

REVISAR AMORTIGUADOR

LIMPIAR PERFORACIN CON HERRAMIENTAS

RESCATADORAS

ENTRABAMIENTO

O EMBOTADURA

EXCESO DE PESO

BROCA INADECUADA

CIRCULACIN DE AIRE INSUFICIENTE

EXCESO DE AGUA

DISMINUIR PESO

CAMBIAR A TRICONO PARA FORMACIN MAS BLANDA

MEJORAR CONDICION

CONTROLARLA

CONOS ESTAMPADOS O CON

HUELLAS

BROCA INADECUADA

PESO O ROTACION INADECUADA

BARRAS TORCIDAS

HILOS DEFECTUOSOS

CAMBIAR A BROCAS PARA FORMACIN BLANDA

CAMBIAR PESO Y/O R.P.M.

REVISAR BARRAS

CUIDAR LAS CONEXIONES, USAR GRASA

INSERTOS GASTADOS

POCA PENETRACIN

BARRAS TORCIDAS

EXCESO DE R.P.M.

AUMANTAR PESO

REVISAR BARRAS, CAMBIAR A INSERTOS MAS DUROS

BAJAR R.P.M.


RECOMENDACIN PARA EL USO DE LOS ELEMENTOS DE PERFORACION.

Aun cuando los aceros hayan estado debidamente almacenados se deben inspeccionar las roscas

machos y hembras, as como sus espejos, deben estar siempre limpios y libres de daos ocasionados

por golpes.

Antes de poner en uso los aceros de perforacin se deben lubricar con grasas con altos contenidos de

cobre micro pulverizado.

Cada vez que se reutiliza un acero se debe remover la grasa acumulada en sus zonas roscadas, para

eliminar impurezas que impidan su acoplamiento normal y permitir la adherencia del nuevo

lubricante.

Acoplamientos de uniones roscadas, barras, adaptadores:

Las recomendaciones de limpieza y lubricacin de hilos son extremadamente importantes para la vida

til de las uniones.

Existen tambin otras variables de gran importancia que se deben tener en cuenta para la extensin de

la vida til de las uniones, las roscas nuevas son ms susceptibles de ser daadas que las uniones con

desgaste, esto debido a que con el uso los perfiles van sufriendo desgastes que facilitan su engrane, por

lo tanto los primeros acoplamientos son de gran importancia para la vida til de las roscas.

Las siguientes recomendaciones se deben tener presente al acoplar un conjunto roscado, sea entre

barra- barra, barras-adaptadores, o adaptadores a triconos.

La rotacin al acoplar debe ser lenta, el desplazamiento descendente debe ser equivalente al

paso de la rosca.

Por ejemplo, las roscas B.E.C.O. Tienen un paso de , esto significa que por cada vuelta que

giren al acoplar deben avanzar .

Una rotacin mayor que el desplazamiento indicado genera un montaje entre los hilos con

desgarramiento de acero.

Del mismo modo un desplazamiento mayor que la rotacin produce el mismo dao.

En las columnas multipass


es comn que la vida til de los hilos se vea reducida por desgastes prematuros en sus hilos, la razn

radica en el constante acople y desacople de las uniones, la tendencia de algunos operadores es ejecutar

esta operacin en el menor tiempo posible pasando por alto las recomendaciones anteriores.

Los daos en los hilos se producen por el constante acoplamiento o desacoplamiento de las uniones,

durante el trabajo las uniones roscadas estn sometidas a altas cargas de friccin y torsin, razn por la

cual debe haber siempre una pelcula protectora o de separacin entre metal con metal, la lubricacin

adecuada y una buena calidad de lubricante pueden controlar en gran medida estos daos.

El sobre apriete de una columna de barras es producto de las cargas intermitentes de torsin, flexin

y vibraciones que actan sobre la columna principalmente cuando la dureza del terreno es muy alta.

Las fallas ms frecuentes de las roscas son

Desgastes por excesiva rotacin o excesivo empuje al

acoplar.

Ruptura de hilos por micro grietas en el acero generado

por una mala lubricacin.

Ruptura de hilos por fatiga de material provocadas por

altas curvas de pandeo.

Ruptura de hilos machos y/o hembras por sobre

esfuerzos torsionales cuando la roca a perforar es muy

dura.

Es importante sealar que el mecanismo de falla que provoca la

ruptura en un hilo macho y/o hembra siempre es un esfuerzo

mecnico extremo, sea por pandeo, flexin, o torsin, bajo estas

condiciones los hilos van sufriendo lentamente un proceso de

deformacin hasta sobrepasar su lmite de resistencia elstica

llegando a la deformacin permanente y su consiguiente ruptura.

El mayor riesgo de fatiga y ruptura de hilos y/o barras se manifiestan en los primeros metros de

perforacin, en la empatadura de los pozos, por tal razn es estrictamente necesario que el pulldown

aplicado as como la rotacin sean bajas, de tal forma de no producir desviaciones o pandeos , que son

las causas de fatigas y rupturas, esta condicin debe ser aplicada obligatoriamente en los primeros dos

a tres metros, hasta que la columna ha conseguido estabilizarse lo suficiente apoyndose en el cabezal

de rotacin, la mesa de trabajo y las paredes de la perforacin, esta es la nica forma de reducir el

riesgo de ruptura de hilos y barras .

Los sobre aprietes de hilos tan comunes en las columnas de perforacin principalmente cuando son de

un solo paso (singlepas) son los principales causantes de rupturas en las zonas cercanas a los espejos de

las uniones, cuando la resistencia de la roca a ser perforadora es muy alta una parte de la energa de

empuje aplicada al tricono se libera transformndose en vibraciones y pandeo, estas a su vez causan

dilataciones y contracciones permanentes en el acero, tal como se ha explicado en un capitulo anterior

en estas condiciones en el acero comienza un proceso progresivo de deformaciones submicroscopicas

en sus tomos generando calor y bajando la resistencia cohesiva de los componentes de su estructura,

el proceso continua evolucionando hasta formar las primeras micro fisuras imperceptibles a simple


vista, una vez que estas se van uniendo se transforman en grietas y se pueden observar fcilmente

porque toman una direccin circular o transversal al eje del cuerpo afectado.

Es por esta razn que cuando la columna de barras es single pass se debe incluir dentro del

procedimiento de trabajo soltar la unin roscada para liberar la tensin acumulada por lo menos cada

2.000 a 2.500 mts.

CONDICIONES SUB ESTANDARES QUE AFECTAN A LOS ACEROS DE PERFORACION

PROBLEMA

EFECTO SOBRE LA COLUMNA DE PERFORACION

Cabezal de rotacin

descentrado

Altas curvas de pandeo sobre la columna, fatiga de de aceros y ruptura de

hilos Pin y fisuras en hilos Box, desgastes asimtricos en faldones de triconos,

altas cargas de friccin y golpes sobre los anillos guas rotatorios.

Falta de aire para

barrido

Remolienda en el fondo del pozo, desgastes prematuros en los faldones de los

triconos, desgastes prematuros en los bits sub por exceso de friccin en el

fondo del pozo, desgastes en el ncleo de los triconos, entrabamiento de

tricono, poca penetracin.

Exceso de aire en el

barrido

Desgaste por efecto de arenado sobre los bit sub y las barras, desgastes en los

faldones de los triconos por efecto de arenado.

Gatos de nivelacin en

mal estado

Torceduras de barras, ruptura de hilos Pin y fisuras en hilos Box, ruptura de

anillos rotatorios.

Cadenas de empuje con

diferentes tensiones

Descentramiento de cabezal de rotacin, pandeo de la columna con daos por

fatigas en hilos Pin y Box, desgastes de anillos rotatorios por exceso de

friccin, ruptura de hilos en Top Sub por desalineamiento, desgastes de hilos

al acoplar.

Correderas gastadas

Desviacin de cabezal y pandeo sobe la columna, vibraciones sobre el cabezal

de rotacin, desgastes de hilos al acoplar.

Amortiguador en mal

estado

Vibraciones sobre el equipo, vibraciones sobre los anillos guas, daos sobre

el tricono, ruptura de insertos en los triconos, sobre aprietes de hilos.

Torre de perforacin

torcida o desnivelada

Pandeo de columna y fatiga en los aceros, desgastes de hilos al acoplar,

desgastes en faldones de triconos, desgastes prematuros en las barras por

aumento de friccin sobre las paredes del pozo, empataduras defectuosas,

pozos desviados.

Juegos excesivos en

pasadores de fijacin

de torre

Vibraciones sobre la estructura de los equipos, ruptura de hilos Pin y fisuras

en hilos Box, desviacin de columna, daos en anillos guas, daos en faldones

de triconos, fallas en empataduras de pozos, pozos desviados.

Anillos guas con

excesivo desgaste

Vibraciones en columna de perforacin, desviacin de columna, impactps

sobre el deck hole, daos en los rodamientos del anillo guia.

Instrumentos de Desviacin de columna y torcedura de barras, fatigas en los aceros por


nivelacin

descalibrados

pandeo, desgastes prematuros de aceros por aumento de fricccion sobre las

paredes del pozo, desgastes de faldones en los triconos.

Llaves de servicio en

mal estado.

Resbalamiento sobre los aceros, riesgos de golpes.

Vlvulas de retencin

en mal estado

Golpes sobre los hilos Pin, ruptura de hilos Pin, desgastes prematuros de hilos

al acoplar, barras torcidas al trasladar equipo.

Exceso de aceite en la

lnea de aire.

Daos en componentes de amortiguadores, contaminacin de muestras,

riesgos de cadas por resbalamiento en mesa de trabajo, desplazamiento de

grasa en los hilos.

Calentamiento de las

zonas de unin.

Alteracin de la estructura de los aceros y fatiga de aceros por revenidos

prolongados.

IDENTIFICACIN DE HILOS MACHOS Y HEMBRAS B.E.C.O Y A.P.I.

Roscas B.E.C.O. Roscas A.P.I. Regular

LADO LADO TIPO LADO LADO TIPO

PIN BOX BECO PIN BOX API Reg.

Dimetro A Dimetro B N Dimetro A Dimetro B N

101.2 mm 104.7 mm 3 66.6 mm 68.2 mm 2 3/8

113.9 mm 117.4 mm 4 76.2 mm 77.7 mm 2 7/8

126.6 mm 130.7 mm 4 90.1 mm 90.1 mm 3

145.6 mm 149.2 mm 5 117.4 mm 119.0 mm 4

164.7 mm 168.2 mm 6 140.2 mm 141.6 mm 5

215.5 mm 219.0 mm 8 152.1 mm 153.5 mm 6 5/8

266.3 mm 269.8 mm 10 178.6 mm 180.1 mm 7 5/8

DIMENSIONES Y PESOS DE LAS BARRAS DE PERFORACIN


Diam. De barras

Long. De barras

Esp. de tubos

Peso de barras

Kgs.

5 30 565,0

5 32 600,0

5 35 650,0

6 28 752,0

6 30 800,0

6 32 850,0

6 35 914,0

9 20 1 988,0

9 32 1 1.468,0

9 35 1 1.580,0

9 40 1 1.780,0

10 3/4 33 1 1/2 2.265,0

MEDICIN DE BARRAS

CONTROL DE NIVELES EN EQUIPOS DE PERFORACIN


PERFORADORAS

Perforacin primaria:

El objetivo de la perforacin primaria es realizar un taladro con el fin de romper la roca mediante

explosivo y as aprovechar al mximo la energa.

Perforacin subterrnea:

Perforadoras de percusin y rotacin taladros de dimetros pequeos.

Perforacin superficial:

Para desarrollar una buena perforacin debemos considerar cuatro factores importantes:

Perforadoras de rotacin.

Suficiente fuerza en la broca para optimizar la perforacin (PULL DOWN).

Suficiente rotacin para que la broca pueda trabajar en cualquier estrato.

Suficiente presin de aire para remover los detritos y dar una buena refrigeracin a los cojinetes

de la broca.

Buena seleccin de la broca de acuerdo a tipo de material o roca a perforar.

PERFORACIN A PERCUSIN.


Es el mtodo usado para hacer una perforacin en roca utilizando las ondas de choque producidas por

una masa que golpea a una broca en rotacin o a una columna de barra giratoria que tiene una broca

en el extremo opuesto, la rotacin de la broca se produce por uno o ms dispositivos de giro, rifle, bar,

motor integral, o por un accionamiento externo.

Las perforadoras de percusin se clasifican en dos tipos:

Perforadoras de superficies.

Perforadoras de fondo o D.T.H.

Las perforadoras de superficie son las ms usadas y se llaman as debido a que el martillo de

perforacin trabaja sobre la superficie del terreno y la columna o sarta de barras se instala entre este y

la broca de perforacin, una de sus ventajas es el bajo peso de los montajes de sus aceros o

herramientas.

Entre las perforadoras de superficie se encuentran las guaguas, las perforadoras con mbolos o de

patas, las perforadoras con drifters, y los stopers que son herramientas que se pueden usar en espacios

muy reducidos por un solo hombre sin necesidad de montarlas en aparatos especiales, otra de sus

ventajas es que pueden perforar en todo tipo de ngulos, sean horizontal, radial, vertical ascendente o

descendente.

PERFORACIN DE FONDO DTH (DOWN THE HOLE).

Este sistema trabaja en la parte inferior de una columna de perforacin y

su principal caracterstica es que acta directamente sobre la roca que

debe perforar, esto hace que la eficiencia de trabajo sea mucho mayor ya

que a diferencia del sistema de perforacin de superficie la energa perdida

entre la columna y la herramienta de trabajo se mantiene en un mnimo

constante.

El bajo ruido existente es otra ventaja debido a que la percusin del

martillo y el escape de los ruidos se efectan en el fondo del pozo.

Entre sus desventajas est el riesgo de operar un equipo neumtico debajo

de la superficie, si por accidente o por derrumbe del pozo cae material

hacia el fondo se formara un anillo de obstruccin que evitara y/o

dificultar la remocin y extraccin del material removido, en algunas

ocasiones esto es hasta imposible con la consiguiente prdida del martillo

de perforacin con herramienta incluida y parte de la columna de

perforacin.

Las principales recomendaciones a tener en cuenta en la planificacin de la

perforacin con martillo de fondo son las siguientes:

a. Dimetro de la perforacin:

La primera recomendacin para una perforacin eficiente es que entre el dimetro exterior

del martillo y el dimetro exterior de bit de perforacin debe existir una diferencia de

dimetro ideal de 12,7 m/m. Este es el espacio anular que quedara entre el hoyo a


perforar y el martillo de fondo, es suficiente para reducir el riesgo de derrumbe del pozo y

suficiente para la evacuacin del material cortado por el bit.

b. Consumo de aire:

Para la perforacin con martillo de fondo se debe tener en cuenta el aire disponible en los

compresores del equipo, en la medida que los martillos aumentan de dimetro se requiere un

mayor consumo de aire pero una menor presin.

Siempre es necesario consultar el catalogo del fabricante del martillo para conocer los

parmetros de uso.

c. Equipos de perforacin:

Las principales caractersticas de un equipo de perforacin para trabajar con martillos de

fondo deben ser el torque para la apropiada rotacin, y su capacidad de levante.

Los diseos geomtricos de los bits de perforacin son de una alta importancia para la

eficiencia de la perforacin, es as como existen tres diseos para una adecuada seleccin.

Cncava.

Ideal para todo tipo de perforaciones, su vaciado frontal permite guiar la direccin del

pozo, ideal para zonas blandas y semiduras.

Plana.

Adecuada para perforaciones en zonas semiduras a duras, tienen ms insertos en su

frente lo que permite romper con mayor eficiencia la roca.

Convexa.

Permite una mayor velocidad de perforacin, su geometra da mayor resistencia a los

botones, es adecuada para zonas duras y abrasivas.

Las velocidades de barrido necesarias para la limpieza de los hoyos deben estar entre 4.000 pie/min a

7.000 pie/min. Una velocidad mayor a este rango causar un desgaste excesivo por proyeccin de

partculas a altas velocidades.

Otras recomendaciones importantes para la perforacin con este sistema estn en el control de peso

sobre el bit, se debe considerar que un martillo con percusin en el fondo necesita solamente el peso

suficiente para mantener el bit en el fondo del hoyo, perforar con excesivo peso solo reducir la vida til

del bit de perforacin y aumentar la presin sobe la columna de perforacin.

De la misma forma un peso insuficiente tambin es perjudicial ya que si el martillo no est

suficientemente apoyado en el fondo del hoyo la energa de impacto aplicada sobre el pistn no ser

transferida adecuadamente al bit.

Una rotacin a la inversa o impactos sin rotacin pueden ser causantes de desacoplamiento de los hilos

de unin entre las barras y/o el martillo, esto tiene un alto riesgo de que las barras se puedan caer al

pozo que se est perforando.

DESPIECE DE MARTILLO ( DOWN THE HOLE )


PERFORACIN A ROTACIN:

El principio utilizado por este sistema consiste en aplicar energa a la

roca haciendo rotar una herramienta (trpano) conjuntamente con la

accin de una gran fuerza de empuje

En la prctica minera, este sistema de perforacin presenta tres

variantes segn el tipo de herramienta utilizado:

Rotacin con trpano cortante

Rotacin con trpano triturante

Rotacin con herramienta abrasiva

Su diseo evoluciona rpidamente hasta la herramienta conocida con el

nombre de tricono. A principios de los aos '50 esta tecnologa se

empieza a aplicar en los primeros equipos rotativos diseados para


realizar perforaciones de tronadura en minas a cielo abierto.

Innovaciones posteriores, principalmente en lo que dice relacin con el diseo de estos triconos y la

calidad de los aceros utilizados en su fabricacin, le dan hoy en da a este sistema una gran versatilidad.

Se aplica tanto en rocas blandas como muy duras, sin restricciones en cuanto a la longitud de los tiros.

Su nica limitacin es el dimetro de perforacin. Por razones que se explicarn ms adelante, este

sistema no se aplica en dimetros menores a 150 mm para fines de fragmentacin de rocas.

La perforacin rotativa con una herramienta abrasiva - corona de diamantes o diamantina como se le

conoce en la terminologa minera- se utiliza exclusivamente para sondajes destinados a la recuperacin

de testigos de roca con fines de exploracin y/o reconocimiento de un cuerpo mineralizado, tema que

no est incluido en los alcances de este curso.

Descripcin general del equipo:

ACCIONAMIENTOS PRINCIPALES:


Mecanismo de rotacin o motor de rotacin

Sistema o mecanismo de empuje

Mecanismo de izamiento

Sistema de barrido con aire comprimido

Accionamientos hidrulicos, mstil y patas de apoyo

Mecanismo de propulsin o desplazamiento

Dispositivo de extraccin de polvo

Otros de menor importancia

DESCRIPCIN DE LA PERFORADORA:

Castillo

Chasis y estructura principal

Orugas de propulsin

Adems tienen equipos incorporados como:

A. Suministro de fuerza:

El suministro de fuerza (C.A.) 4160 V. Se lleva desde las casetas ubicadas en los subniveles de la

mina hasta la perforadora mediante cables blindados en la perforadora se reduce el voltaje a

440 voltios usando dicha corriente en los motores de las compresoras, bombas de aceite del

grupo generador de corriente continua.

440 V Perforadora

Grupo generador

Compresora

4160 V

Salen cables blindados Cables

areos

Estacin principal

30000 voltios

grupo electrgeno

hidroelctrica

Corriente

Transformador


B. Equipo de rotacin:

El movimiento de rotacin lo da un motor elctrico de HP variable generalmente 75 HP de

corriente continua (C.C.).

C. Equipo de perforacin:

El movimiento de rotacin generado mediante el motor elctrico se transmite a travs de los

barretones y reamer hacia la broca o estabilizador.

1. Barretones o barrenos:

Son tubos de acero de paredes gruesas que van unidas mediante acoplamiento en su parte

superior a la cremallera y la parte inferior al estabilizador.

2. Reamer o estabilizador:

Se usa en el extremo inferior del barretn y antes de la broca, su dimetro es igual al de la

broca con la diferencia de que en sus partes laterales dispone de rodillo son insertos de

carburo de tungsteno otorgando mayor estabilidad al sistema y permitiendo una libre

rotacin del barreno evitando desviaciones y creando taladros lisos.

3. Broca:

Son tricnicas disponen de 3 conos que giran sobre su eje y cojinetes ensamblados, disponen

de un determinado nmero de dientes que estn de acuerdo al tipo de roca en que se realiza

tienen un sistema de circulacin de aire para su enfriamiento ya que trabaja a temperaturas

altas.

4. Equipo de izamiento y propulsin:

El motor elctrico de corriente continua mueve un eje de transmisin que sirve para operar

el tambor de izamiento, el tambor del cable auxiliar, el movimiento al castillo en la mquina

de propulsin.

5. Aire comprimido:

Existen 2 sistemas de aire comprimido: El sistema principal para la perforacin en si de alta

capacidad y mediana presin (690 PSI) las perforadoras pueden tener 2 o 3 compresoras con

motor elctrico corriente alterna.

El del sistema auxiliar que es de pequea capacidad pero de alta presin (120 PSI) que se

utiliza para operar ciertos controles de operacin y para el mantenimiento de la mquina.

VARIABLES DE OPERACIN:


1. Pull down:

Incrementando el peso en las brocas normalmente aumentamos el grado de penetracin, sin

embargo la perforacin resulta ms econmica cuando se aplica suficiente peso para sobrepasar

la resistencia a la compresin de la roca. Pero la presin sobre la broca no debe ser tan grande

que la broca se hunda especialmente en formaciones suaves con lo cual los conductos del flujo

de aire, dientes o botones de la broca puedan atascarse.

2. Velocidad de rotacin:

Perforando a velocidades de entre 30-100 RPM se obtiene adecuadas velocidades de

penetracin y mximo rendimiento por broca aunque estos dos parmetros dependen de la

mano de obra calificada por lo tanto se debe tener en cuenta:

A mayor dureza de la roca utilizar mayor pull down y menor velocidad de rotacin.

A menor dureza de la roca utilizar menor pull down y mayor velocidad de rotacin.

3. Presin de aire y volumen:

El compresor de aire es seleccionado al momento de comprar la

mquina y generalmente no se remueva hasta despus de varios

aos de servicio, el volumen de aire debe ser suficiente para

refrigerar la broca, limpiar los cojinetes, remover los detritus y

expulsarlos a superficie, la presin de aire es controlado por el

tamao de las boquillas llamadas tambin NOZZLE, que se

encuentran en la broca triconica.

La velocidad anular de elevacin el Bailing Speed para remover las

partculas en el fondo del taladro varan de 3000 7000 ft. /min.

Detritus livianos 5000 ft. /min

Detritus ms pesados 7000 ft. /min

Detritus hmedos y pegados 9000 ft. /min

Para determinar el caudal:

El requerimiento volumtrico puede calcularse por:


Dnde:

Q = Caudal del aire circulado en CFM

V = Velocidad (BAILING SPEED) en ft. /min

D = Dimetro del taladro en pulgadas

d = Dimetro del barreno en pulgadas

CALCULO DE LA VELOCIDAD DE PENETRACIN:

SC = Resistencia a la compresin uniaxial (en miles de psi.)

W = Pull down (en miles de libras)

= Dimetro de broca en pulgadas

RPM = Velocidad rotacional en RPM

VP = Velocidad de penetracin en ft/hora

SMITH GRUNNER, aplica la misma frmula pero en diferentes segmentos de SC (resistencia a la

compresin)

5000 SC 15000 PSI

15000 SC 25000 PSI

25000 SC 50000 PSI

50000 SC 100000 PSI

SELECCIN Y COSTOS DE BROCAS:

Las brocas tricnicas estn seleccionadas en una gran variedad de tamaos y tipos (Hughes, Reed,

Secoroc, Smith, Security, Drillco, etc.). Su eleccin en un tipo especfico de formacin es el de mayor

importancia. Las brocas se fabrican para perforar en:

a. Formaciones suaves:


Se fabrican para perforar en formaciones suaves tienen un nmero reducido de dientes, el

desplazamiento entre los conos es mximo.

b. Formaciones Duras:

Tienen dientes de tamao corto y extra fuertes el desplazamiento entre conos es mnimo.

c. Formaciones Medias:

Tienen caractersticas de las dos anteriores.

d. Formaciones Muy Duras y Abrasivas:

Tienen insertos cnicos de carburo de tungsteno colocados a presin dentro de unos conos

construidos de acero de alta calidad

Costo aproximado de broca tricnicas de 3000 4000 dlares.

DIMENSIONES DE ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LA PERFORADORA BUCYRUS ERIE

PERFORADORA DIAMETRO BARRETON

LONGITUD BARRETON

DIAMETRO ESTABILIZ.

LONGITUD ESTABILIZ.

DIAMETRO DE BROCA

45 R 8 5/8 32 pies 8 5/8 5 10 5/8

50 R 9 32 pies 9 5 12

60 R 10 30 pies 6.5 10 5 12

PROBLEMAS DE APLICACIN:

1. Calcular el # de perforadoras que se necesitan para una produccin de 48 000 000 TM al ao de

mineral de dureza media y con una densidad insitu de 3 Tm/m3 rendimiento de la perforadora es de

0.6 m/min (velocidad) altura del banco 12m. Sobre perforacin 13 % de altura de bancos se usara un

trazo de 6x6m. En el ciclo total de perforacin por taladro se obtiene los siguientes tiempos, tiempo

de repare 2 min. , cambio de broca min. , cambio de barreno min. , mov. de hueco a hueco 5

min. Se trabaja 8 horas/guardia, 3 guardias al da y al ao 300 das.

13%(12)

12 m

h = 13.56 m.

Perforacin: h = 12 + 13%(12)

3m.

3m.

3m.

3m.

Zona de

influencia de

la voladura

rea


Tiempo de perforacin:

t= c/v

t= 13.56 m/ 0.6 m/min

t= 22.6 min

T total de perf. = 22.6 + 2 + 1 + 5

= 30.6 min

N de taladros/gdia = tiempo x guardia

t perforado/taladro

N de taladros/gdia = 8 min x 60

30.6 min/taladro

N de taladros/gdia = 15.6 15

Volumen = 6x6x12m. = 432 (12m. no se considera sobre perforacin)

Tonelaje = V x

= 432 x 3

= 1296 Ton/tal x 15 tal/gdia

= 19 440 ton/gdia

Entonces:

= 19440 ton/gdia x 3 gdia

= 58 320 x 320 = 17 496 000 ton/perf. (Ao)

N de perforadoras = 48 000 000 17 496 000 N de perforadoras = 2.74 3 perforadoras

2. Teniendo los siguientes datos calcular la velocidad de penetracin con las formulas indicadas en

teora.

Mineral de hierro

Resistencia a la compresin simple de la roca 30 000 PSI

Velocidad de rotacin 75 RPM

Capacidad de Pull Down 90 000 lbs.

de broca 15 pulg.

Broca ser usada en mineral abrasivo muy dura.

Entonces ubicamos la resistencia a la compresin para determinar que formula utilizar:

25000 SC 50000 PSI

64,209 ft/min


FORMULA PARA CALCULAR LA VELOCIDAD DE BARRIDO (Vb) EN PIE x MINUTOS (ppm)

Vb = C.F.M. x 183,4

Bit - Barras

Donde :

Vb : es la Velocidad de barrido,

C.F.M. : es el caudal de aire del compresor expresado en pie3/min.

Bit : es el dimetro del bit, expresado en pulgadas.

Barras : es el dimetro de la columna de barras, expresado en pulgadas.

Ejemplo prctico.

Que velocidad de barrido se necesita para trabajar con un bit de dimetro 6 , una columna de barras

de 4 y un compresor con capacidad de 600 c.f.m.

Vb = 600 (cfm) x 183,4

= 110,040

6-1/2 - 4-1/2 22

Vb = 5,000 p.p.m.

FORMULA PARA CALCULAR CAUDAL DE AIRE (Q) EN PIE /MIN

Q = 27,272 x D - d

Dnde:

Q : es el caudal de aire necesario para obtener una velocidad de barrido anular de

5.000 ppm, expresado en C.F.M. (pie3/min)

D : es el dimetro del tricono de perforacin, expresado en pulgadas.

d : es el dimetro de la columna de barras, expresado en pulgadas.

Ejemplo prctico:

Cuantos CFM se necesitan en una columna de barras de dimetro 8-5/8 y un tricono de perforacin de

9-7/8?

Q = 27,272 x 9-7/8 - 7-5/8

Q = 1.074 CFM


Pu

lld

ow

n

Resistencia del Acero

FALLAS COMUNES EN LOS ACEROS DE PERFORACIN.

Es bien conocido que los metales son ms sensibles de fallar bajo cargas de trabajo estticas que bajo

cargas de trabajo dinmicas.

Los aceros tienen la capacidad de absorber cargas dinmicas o ciclos de esfuerzos de trabajo por un

nmero infinito de veces, siempre que los esfuerzos aplicados se mantengan dentro de los lmites de

resistencias que les corresponde, esto se observa en el grfico de la figura N 1 que es un simple

ejemplo del comportamiento del acero bajo cargas de trabajo aplicadas y su comportamiento durante

los ciclos de trabajo alternados o repetitivos

El grfico adjunto muestra un proporcin entre los esfuerzos aplicados y la resistencia del acero,

esta proporcin se observa entre el punto O y el punto A.

En el eje y se representan las cargas o esfuerzos aplicados.

En el eje x se representan los ciclos de trabajo.

La recta O A representa la resistencia del acero bajo cargas de trabajo si la tensin no supera el

punto A cualquier cantidad de ciclos no causara fallas.

A partir del punto A hasta B la recta se horizontaliza, se dice que el acero a dejado de resistir y a

pasado desde el punto de elasticidad al punto de plasticidad, a partir del punto B de la recta el

colapso del acero ser inminente solo depende del tiempo en que esta condicin se mantenga.

Un ejemplo clsico es el siguiente:

Imaginar un clavo de acero dulce con una resistencia mecnica de 27.000 lbs./ pulg. el clavo no se

romper cualquiera sea el N de ciclos que acten sobre l, sin embargo con 30.000 lbs./pulg. el clavo

se romper a los 2.000.000 ( dos millones ) de ciclos, y a una tensin de 48.000 lbs./pulg. que es el

lmite de resistencia elstica el clavo se romper inmediatamente. Todas las fallas o rupturas por

esfuerzos cclicos se llaman fallas por fatiga de material.


DAOS Y FALLAS POR FATIGAS QUE AFECTAN A LAS BARRAS DE PERFORACIN.

Las velocidades crticas de rotacin y altas cargas de empuje sobre el tricono de perforacin causan

vibraciones y a menudo son las causantes del rpido deterioro de las barras, sea por desgastes

excesivos o fallas por fatigas.

Est comprobado que bajo condiciones crticas de perforacin, sea por formaciones duras y por

derrumbes de pozos se requiere aplicar una mayor potencia del equipo a los aceros de perforacin,

esta necesidad de aplicar mayor potencia del equipo a los aceros es la evidencia de que los operadores

estn trabajando bajo condiciones crticas.

Fallas Por Traccin.

Las fallas por traccin se pueden producir mientras se est tirando de las barras de perforacin

aprisionadas en un derrumbe del pozo.

En la medida que el esfuerzo de traccin sobre las barras exceda

el lmite de fluencia del acero el metal tiende a deformarse

gradualmente concentrando la mayor tensin del esfuerzo

aplicado sobre las paredes ms delgadas de la barra o la zona de

fondo de los hilos, estas son las zonas de mayor concentracin de

tensiones.

Fallas Por Fatiga.

La falla por fatiga es la ms comn entre las barras de perforacin,

tambin est visto y demostrado que es la menos comprendida

por los operadores y en general por la gente ligada a la

perforacin, generalmente los anlisis y conclusiones a los que

llega la gente en terreno son incorrectas porque se confunden las

causas y efectos que actan en un proceso de fatiga.

En primer trmino se debe tener siempre presente que una fatiga y ruptura es un proceso que

evoluciona en el tiempo, la rapidez de inicio y termino de un proceso fatiga y ruptura depende

solamente de las condiciones extremas en que se est desarrollando, un ejemplo caracterstico e

inevitable de un proceso de fatiga y ruptura que est en desarrollo y que solo es cosa de tiempo para

que se produzca el colapso es la curva de pandeo extrema a la que se somete la columna de perforacin

cuando la zona de perforacin es dura , alterada, con fallas o grietas.

Tambin se generan fatigas de material cuando las condiciones mecnicas de los equipos no son las ms

adecuadas tal es el caso de las torres de perforacin deformadas, con desviaciones o desnivelaciones,

tornamesas de trabajo defectuosas, con desgastes, cremalleras o correderas de cabezales con desgastes

etc.

Las barras de perforacin son fabricadas con aceros con un alto punto de fluencia a la torsin, traccin

y compresin, por lo tanto soportaran los esfuerzos aplicados mientras estos estn dentro de sus

lmites de ruptura o de fluencia elstica.


Debemos insistir en que el mecanismo de falla por ruptura es progresivo en el tiempo, su proceso

comienza con una pequea deformacin submicroscopica de los tomos del acero y producto de

esfuerzos mecnicos alternados se genera calor , bajando la resistencia cohesiva de los componentes

de la estructura del acero, este fenmeno a su vez va formando micro fisuras que se van uniendo

progresivamente hasta hacerse visibles, la direccin que la grieta toma es transversal al eje del cuerpo

que est siendo afectado, esta es la razn por la cual las fallas ocasionadas por grietas producidas por

fatigas siempre son circunferenciales.

En todo acero de perforacin la composicin qumica, su micro

estructura, la terminacin mecnica de sus superficies y las

propiedades mecnicas del acero determinan su lmite de fatiga.

De manera aproximada el acero de las barras de perforacin tiene

una resistencia a la fatiga igual a la mitad de su resistencia a la

traccin, por otro lado las entalladuras producidas por la forma

geomtrica de su diseo tambin tienen un gran efecto sobre su

resistencia a la fatiga.

Las barras de perforacin y los adaptadores superiores,

intermedios o de otro tipo sometidos a ciclos de esfuerzos de

traccin, compresin stn, pandeo, torsin y flexin.

Los esfuerzos ms crticos son los de compresin y pandeo, la

magnitud de cualquier esfuerzo se acrecienta por efecto de las

vibraciones, las que a su vez son las causantes de los sobre aprietes

de hilos en las columnas de perforacin, de aqu la importancia de

contar con un buen diseo de amortiguador de impactos y vibraciones.

Una interpretacin negativa de una falla producida por fatiga es que el acero se cristaliza, en

realidad todos los aceros tienen una estructura cristalina , en el caso de las fallas el tamao de los

cristales no vara y la ruptura o grieta es transversal a los planos del cristal , la apariencia frgil que

resulta de la estructura se debe al trabajo de endurecimiento en la superficie de la fractura .

Dentro de las principales recomendaciones para un adecuado uso de las barras de perforacin se deben

considerar las siguientes.

Al iniciar la perforacin las R.P.M. y el PullDown deben ser lentos permitiendo que la

columna se estabilice y as reducir las curvas de deformacin por pandeos.

El control de la empatadura lenta y progresiva es recomendable mantenerla hasta los

primeros dos metros de profundidad.

Los puntos de apoyo de la columna que reducen el pandeo y las vibraciones son, la pared

de la perforacin, la mesa de trabajo con su anillo gua y el cabezal de rotacin del

equipo.

Est comprobado que una mala empatadura de la perforacin solo generar tiros torcidos, tensionando

de manera permanente la columna de perforacin, el tricono de perforacin tambin se ve afectado ya

que su rotacin o giro no ser uniforme y su estabilidad en el fondo del hoyo afectar siempre a un

cono ms que a los otros, adicionalmente los tiros desviados provocan espaciamientos entre ellos que

alteran la fragmentacin de la roca lo que puede ser un problema serio para su carguo y su remolienda.


ANALISIS DEL MATERIAL USADO EN LAS BARRAS DE PERFORACION ATLAS COPCO.

Steel (Naranjo) Alloy (Burdeo)

Especificacin ASTM A106 ASTM A519

Grado B 4140 Templado y Revenido

Condicin Acabado en caliente Acabado en caliente

Limite elstico 35.000 lbs / pulg 90.000 lbs / pulg

Limite a la tensin 60.000 lbs / pulg 120.000 lbs / pulg

Dureza Brinell (HB) 106 a 120 HB 260 a 310 HB

Carbono 0,30 (mximo) 0,38 a 0,40

Manganeso 0,29 a 1,06 (mximo) 0,75 a 1,00

Fsforo 0,048 (mximo) 0,04 (mximo)

Azufre 0,058 (mximo) 0,04 (mximo)

Silicio 0,100 (mnimo) 0,15 a 0,35

Cromo ------------------ 0,80 a 1,10

Molibdeno ------------------ 0,15 a 0,25

ASTM A106 grado B, es la especificacin para tubos de acero al carbono sin costura.

ASTM A519 grado 4140, es un tubo que dimensionalmente es ms preciso que el ASTM A106

grado B denominado acero dulce.

Existen Tres Tipos De Fallas Por Fatiga De Material.

Fatiga pura, que es una ruptura sin causa aparente, fisuras en lado box o en el pin de las

barras.

Fatiga por entalladura, que es una ruptura asociada a una entalladura de tipo mecnica

producto de la forma geomtrica del elemento o causada por un elemento extrao en la

perforacin.

Fatiga por desgaste, que se produce por la erosin o abrasin a que ha estado sometido el

elemento durante sus ciclos de trabajo.


PROBLEMAS FRECUENTES EN LA OPERACION Y USO DE LOS ACEROS DE PERFORACION

PROBLEMA ORIGEN SOLUCION

Desgaste

prematuro de hilos

Excesiva rotacin, excesivo

PullDown, falta de lubricacin,

baja frecuencia de lubricacin,

desalineamiento de cabezal.

Bajar rotacin y Pull Down al mnimo,

aumentar frecuencia de lubricacin, corregir

desviacin de cabezal de rotacin.

Dobladura de

barras

Movimiento del equipo con

barras en el pozo, desviacin de

cabezal de rotacin, torres

desniveladas, exceso de Pull

Down con barras gastadas.

Antes de mover el equipo asegurarse de

retirar las barras del pozo, corregir

desviacin de cabezal de rotacin, corregir

verticalidad de torre y confirmar con niveles

de cabina, reducir PullDown con barras

gastadas y sobre todo en formaciones duras.

Cortadura de

barras

Pull Down excesivo con barras

gastadas, pandeo extremo en

barras gastadas, entalladuras por

roce en el acero.

Reducir PullDown con barras gastadas y

sobre todo en formaciones duras, retirar del

equipo barras que con entalladuras

ocasionadas por friccin contra rocas duras

Ruptura de anillos

guas

Golpes contra barras torcidas,

golpes contra Deck Hole con

deformaciones o desgastes.

Retirar barras torcidas de la perforadora,

reparar Deck Hole.

Desgastes

asimtricos de

anillos guas

Perforacin con barras torcidas,

anillos trabados por suciedad

interior, sedimentos en el

interior, Deck Hole en mal

estado.

Retirar barras torcidas de la perforadora,

reparar Deck Hole, retirar y destrabar anillos

guas con lquidos lubricantes.

Vibraciones en la

columna

Tricono en mal estado, Tricono

inapropiado, formacin

demasiado dura, falta de

PullDown, exceso de rotacin.

Cambiar tricono, instalar tricono apropiado,

aplicar PullDown gradualmente, reducir

rotacin gradualmente.

Sobre apriete en

hilos

Vibraciones en la columna,

pandeos excesivos, falta de

lubricacin en los hilos.

En columna single pass desacoplar barras

cada dos turnos para eliminar tensin de los

espejos y reengrasar.

Daos en hilos de

triconos

Acoplamiento defectuoso,

desalineamiento de la columna,

mesa desnivelada, llave corta

triconos en mal estado, golpes

contra los hilos.

Controlar alineamiento de cabezal de

rotacin, reducir avance y rotacin al mnimo,

verificar estado de Deck Hole y de llave corta

triconos y corregir de ser necesario.

Desgastes

prematuros en

barras

Columna torcida dentro del pozo,

pozo desviado, desnivelacin de

equipo, exceso de presin de

barrido.

Retirar columna torcida, controlar Pull Down

al iniciar la perforacin, controlar estabilidad

del piso de la perforadora, regular aire de

barrido en el compresor o nobles de los

triconos.


RL48 PERFORADORA ROTATIVA PARA SONDEOS CON TUBO TESTIGOS,

MARTILLO DE FONDO Y BARRENA HELICOIDAL (marca ROLATEC).

CABEZA DE ROTACIN

Eje hueco estriado paso 100 mm.

Rosca para acoplar rotacin directa.

Velocidad de rotacin de 0 a 900 r.pm.

Par mximo de rotacin 450 Kgm.

Apertura hidrulica de la cabeza dejando libre la zona de sondeo.

MORDAZA HIDRULICA

Instalada en cabeza, con capacidad de varillaje hasta (HQ) 90 mm.

MSTIL CONJUNTO DE AVANCE

Accionado por cilindro hidrulico y cadena.

Elevacin y abatimiento hidralico.

Conjunto de poleas con prolongacin,

con altura para maniobras de 6 mts.

Carrera del cabezal 3.400 mm.

Traccin mxima 7.000 Kg.

Empuje regulado de 0 a 2.500 Kg.

Corredera longitudinal 800 mm.

CUADRO DE MANDOS

Centralizado, con sistema hidrulico completo con regulacin de la velocidad de avance y de la

fuerza de empuje o retencin.

BOMBA DE INYECCIN DE AGUA

Triplex accionada hidrulicamente.

Caudal regulado de 0 a 140 l.p.m. Presin regulada de 0 a 45 Bar.

UNIDAD DE GOLPEO AUTOMTICO SPT

Instalada en equipo.

Funcionamiento autnomo sin necesidad de utilizacin de cabrestante.

Peso de la maza 63,5 Kg.

Cuenta golpes electrnico digital.

Rgimen de golpeo entre 20 y 30 g.p.m.

MOTOR

DIESEL - HATZ (SilentPACK) 4L4 1C con el conjunto de bombas hidrulicas.

MONTAJE DE LA PERFORADORA

Sobre chasis de orugas de caucho accionado por el mismo motor del equipo.

Peso del equipo 4.000 Kg.

Compartimentos laterales para transportar material de perforacin

Accionamiento de orugas con cable elctrico a distancia.


39R PERFORADORA ROTATIVA (marca BUCYRUS).

El 39R actualmente hace el trabajo de dos taladros en un paso de registro. Adems del 39R, hay

varias otras mquinas Bucyrus que funcionan en esta inclusin un 1350W dragline, 8750

dragline, dos 395B palas, y un 49R el taladro.

El 39R la serie de taladro es un resultado fiel de la tecnologa probada y conceptos de diseo

realzados (mejorado). El diseo proporciona la capacidad de propulsar con el mstil y el tope

encima o de debajo de la posicin y logra el movimiento de agujero - agujero en la mitad el

tiempo. El modelo que perfora eficiente, es ganado cuando es acoplado con el 39R's la

velocidad. La capacidad de contra rotacin permite para la maniobrabilidad fcil dentro del

modelo de taladro apretado. El tirn abajo y la maquinaria rotatoria es integrada en un sistema,

eliminando cadenas y reduciendo al mnimo cables para reducir el tiempo de inactividad de

mantenimiento.

Tamao mximo del orificio: 228-311 mm (9-13.75 pulg)

Carga mxima de broca: 59,421 kg (131,000 lbs)

Peso de trabajo: 136,078 kg (300,000 lbs)

DM25-SP. a hard working drill (marca ATLAS COPCO)

La superficie de DM25-SP blasthole el taladro es diseada para el abajo-agujero rotatorio y

rpido que perfora en el ms difcil de roca. El paseo(la unidad de disco) de engranaje resistente

sobre este taladro resistente entrega el control exacto en velocidades variables sin comprometer

el poder, mientras el sistema de comida hidrulico de motor proporciona la carga de bit lisa,

continua y velocidades de comida rpidas para reducir gastos que perforan.

Este taladro trabajador coherentemente produce hasta 40 pies. / 12.2 m o 50 pies. / 15.2 m de

agujero limpio en un pase solo, dependiendo (segn) seleccin de torre. Tantas configuraciones

de presin bajas como altas son variables.


ATLAS COPCO BLASTHOLE DRILLS

351 PIT VIPER SERIES


The result: Greater productivity, longer life.

maquinaria mineria

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