Operacin y parmetros de Perforacin

En el procedimiento de perforacin es necesario considerar diferentes parmetros con el fin de

realizar una operacin ptima. Las variables internas que intervienen en la perforacin son:

Empuje

El empuje aplicado sobre la broca o bit debe ser suficiente para sobrepasar la resistencia a la

compresin que opone la roca, pero no debe ser excesivo, puesto que puede causar fallas en

todo el sistema de perforacin, como el "atascamiento" de las barras.

En el caso de la perforacin de rocas duras, el empuje elevado sobre la roca puede producir

roturas en los insertos (botones) y disminuir la vida til de los cojinetes (triconos), pero no

necesariamente aumentar la longitud de perforacin.

Revoluciones por minuto

La velocidad con que se va penetrando la roca (velocidad de penetracin) es directamente

proporcional a las revoluciones por minuto, en una proporcin algo menor que la unidad, hasta

el lmite impuesto por la evacuacin de detritos.

En el caso de la perforacin rotativa con triconos, las velocidades de rotacin varan desde 60

a 120 RPM, y el lmite de velocidad de rotacin queda determinado por el desgaste en los

cojinetes, el que tambin tiene relacin con el empuje y evacuacin de detritos (barrido).

Velocidad de penetracin

La velocidad con que se penetra la roca (perforacin) depende de muchos factores externos

(por ejemplo factores geolgicos), tales como las propiedades fsicas de la roca y la resistencia

a la compresin. Si bien es difcil determinar la velocidad de penetracin, sta define un

conjunto de parmetros de rendimiento de la operacin minera. Existen dos procedimientos

para determinar la velocidad de penetracin:

Realizar ensayos reales con rocas representativas y perforarlas. En funcin de los resultados

obtenidos, se determina un conjunto de parmetros de diseo, como el tipo de bit o tricono

recomendado, el empuje requerido y la duracin de los aceros de perforacin.

Calcular la velocidad de penetracin a partir de la resistencia a la compresin de la roca,

utilizando frmulas empricas que relacionan el avance del bit o tricono por cada revolucin.

Una vez determinada la velocidad de penetracin (m/h), es posible calcular la velocidad media

de perforacin, en cuyo clculo se incluyen los tiempos que el equipo no est trabajando y la

disponibilidad mecnica.

Desgastes de elementos de perforacin

En todo procedimiento de perforacin es muy relevante llevar al mximo la vida til de todos los

componentes. Considerando que ella est influida tanto por agentes externos como por

internos, es importante considerar las siguientes recomendaciones:

Desgaste uniforme de las barras de perforacin

Esto se consigue alternando sistemticamente las posiciones de las barras en la columna, de

modo que si en una perforacin la barra A est en el primer lugar (al lado del bit), en la

siguiente perforacin tendra que ser la ltima, y as sucesivamente. De esta forma, cada barra

que es sometida a un esfuerzo fuerte y prolongado "descansar" en la siguiente perforacin.

Incorporacin de barras extras

Si la profundidad de los tiros son de "n" barras, se debe tener "n+1" o "n+2" barras. Con esto se

consigue prolongar la vida til del conjunto de barras ms all de la fatiga o fractura prematura

de uno de sus elementos. Esto es muy importante, ya que no es recomendable mezclar

componentes nuevos con los antiguos en la operacin.

Uso de caballetes o bastidores para la ubicacin de las barras:

Situados cerca de la perforadora, permiten mantener las barras en posiciones determinadas de

acuerdo con el orden en que se van empleando, haciendo posible adems una correcta

mantencin.

Metraje y rendimiento

Desviacin de tiro

Con el propsito de poder registrar el desempeo de los componentes y determinar posibles

fallas, es conveniente llevar el control del metraje y del rendimiento de los componentes.

Considerando las recomendaciones anteriores, es importante cuidar los siguientes aspectos,

especialmente cuando se trata de una perforacin manual:

Buen apriete de las conexiones: Todas las conexiones deben estar siempre bien apretadas,

puesto que con esto se evitan desplazamientos que originan desgastes prematuros y

dificultades en la transmisin de energa.

Buena alineacin de la perforadora respecto de la perforacin (el tiro):Esta medida evita el

desgaste por roce contra las paredes, las flexiones innecesarias que disminuyen la vida til de

las barras, la desviacin en las perforaciones, etctera.

Cuidado en la empatadura: se debe iniciar la perforacin con poca presin y avance. Una vez

efectuada la empatadura, ejercer el empuje necesario para perforar.

Calentamientos por baja presin de avance: es recomendable evitar calentamientos por baja

presin de avance y las flexiones por exceso de avance.

Barrido continuo: el barrido debe ser continuo e intenso en caso de presencia de rocas

fracturadas, las que pueden "atascar" las barras.

Uso de herramientas correctas: se requiere el uso de las herramientas adecuadas para los

desacoplamientos, evitando daos innecesarios, como el "hincamiento" de los dientes de una

llave inglesa, lo que puede fracturar la barra.

Almacenamiento de barras: es imprescindible guardar las barras en lugares adecuados, de

manera de evitar la corrosin, que acorta la vida til.

VARIABLES DE OPERACIN

Las variables de operacin inherentes al sistema, que inciden en su eficiencia

(velocidad de penetracin), son las que se identifican a continuacin:

Velocidad de rotacin (rpm)

Fuerza de empuje

Dimetro de perforacin

Velocidad y caudal del aire de barrido

Desgaste de la cabeza de rotacin

A su vez, estas variables dependen de un factor externo al sistema: la dureza o

resistencia de la roca. En el caso de la perforacin rotativa, la evidencia emprica

indica -tanto a partir de las investigaciones a nivel de ensayos como de lo observado

en la prctica- que existe una buena correlacin entre la Resistencia a la Compresin

de la roca y la velocidad de penetracin. Esta conclusin resulta conceptualmente

coherente, atendiendo a la forma como se aplica la energa a la roca y su consiguiente

ruptura originada principalmente por un proceso de indentacin.

No existe una clasificacin universalmente aceptada de las rocas en funcin de su

resistencia a compresin (Sc). En la literatura tcnica sobre el tema se encuentran

diversas proposiciones. Algunas muy simples, que slo diferencian entre rocas

blandas, medianas y duras. Otras ms sofisticadas, incluyen hasta seis o siete

categoras. Haciendo una sntesis, para los efectos del anlisis que sigue, se adoptar

la clasificacin que se enuncia en la tabla:

Resistencia a la Compresin segn el tipo de roca

Tipo de roca Sc (Mpa)

Muy blandas < 40

Blandas 40 80

Medianas 80 120

Duras 120 200

Velocidad de Rotacin

En principio, conceptualmente la velocidad de rotacin es inversamente proporcional a

la resistencia a compresin de la roca. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la

velocidad de rotacin tambin vara en funcin de la marcha en la que se est

trabajando. Por eso, es mejor tener en cuenta el par motor, que para su clculo ya se

introducen las variables de la presin de la bomba hidrulica, la marcha, y la velocidad

de rotacin.

Fuerza de empuje y dimetro de perforacin

La fuerza de empuje que es necesario aplicar aumenta directamente con la dureza de

la roca, y debe alcanzar una magnitud suficiente para sobrepasar su resistencia a la

compresin.

Por otra parte, esta fuerza no puede exceder un determinado valor lmite, para evitar

daos prematuros en la cabeza de perforacin. En formaciones rocosas duras o muy

duras, una fuerza excesiva conduce a la incrustacin de la cabeza y consecuente

destruccin, lo que significa el trmino de la vida til de la herramienta. A su vez, a

mayor dimetro de perforacin, ms grande es la cabeza de la barrena y por

consiguiente mayor la superficie a perforar por lo que ofrecer mayor resistencia.

En suma, la fuerza de empuje es funcin de dos variables: la dureza de la roca y el

dimetro de perforacin. Por tanto, est acotada entre un valor mximo y mnimo y

durante la perforacin depende de la habilidad del maquinista de la pilotadora para

saber irla ajustando segn el tipo de terreno.