Manual de Perforación Atlas Copco

MANUAL DE PERFORACION

Atlas Copco Peruana S.A. Francisco Graña No 150-152, Santa Catalina, Lima 13-Per

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PROLOGO

En las primeras épocas de la perforación rotativa era bast bastan ante te difíc difícil il aseg asegur urar ar la perfe perfect cta a comb combin inac ació ión n de los los dife difere rent ntes es comp compon onen ente tes s de una una colu column mna a de barr barras as de perforación para que coincidieran en dimensiones roscadas, diámetros, pesos, longitudes, y diseños geométricos. En la actualidad en el vasto campo de la minería los aceros de perf perfor orac ació ión n se fa fabr bric ican an conf confor orme me a espe especi cic cac acio ione nes s desa desarr rrol olla lada das s y apro aproba bada das s por por orga organi nism smos os cali calic cad ados os,, certicados y aprobados internacionalmente. internacionalmente. es una una compañía compañía fabrica fabricante nte de aceros aceros de perf perfor orac ació ión n para para la la min miner ería ía con con mas mas de 1 1  a año ños s de e!pe e!peri rien enci cia a abas abaste teci cien endo do a los los gran grande des s cent centro ros s mine minero ros, s, esta esta trayec trayector toria ia y e!perie e!perienci ncia a tamb también ién nos "a permit permitido ido participar en todas las etapas de evolución y desarrollo de los equi equipo pos s de perf perfor orac ació ión n para para la miner minería ía de supe super rci cie e y subt subter errá ráne nea a, siend iendo o uno uno de los los prim primer eros os en asegu segura rar r estándares de calidad ba#o especicaciones A.P.I. y B.E.C.O. y proc proces esos os de fa fabr bric ica ación ción con con cert ertica icac ción ión $%&' $%&'( ( '' )1para nuestros aceros.

ATLAS ATLAS COPCO. COPCO.

Este manual de perforación contiene especicaciones técnicas, recomendaciones de uso operativo de los aceros, mantenimiento y cuidado de todos los componentes de la columna de perforación. %u prop propós ósit ito o es entr entreg egar arle les s a los los usua usuari rios os,, perf perfor oris ista tas, s, mecánicos e instructores un nivel de información técnica en un lengua#e simple de tal manera que pueda ser un te!to de consulta rápida y conable. Atlas Copco Peruana S.A. Francisco Graña No 150-152, Santa Catalina, Lima 13-Per

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PROLOGO

En las primeras épocas de la perforación rotativa era bast bastan ante te difíc difícil il aseg asegur urar ar la perfe perfect cta a comb combin inac ació ión n de los los dife difere rent ntes es comp compon onen ente tes s de una una colu column mna a de barr barras as de perforación para que coincidieran en dimensiones roscadas, diámetros, pesos, longitudes, y diseños geométricos. En la actualidad en el vasto campo de la minería los aceros de perf perfor orac ació ión n se fa fabr bric ican an conf confor orme me a espe especi cic cac acio ione nes s desa desarr rrol olla lada das s y apro aproba bada das s por por orga organi nism smos os cali calic cad ados os,, certicados y aprobados internacionalmente. internacionalmente. es una una compañía compañía fabrica fabricante nte de aceros aceros de perf perfor orac ació ión n para para la la min miner ería ía con con mas mas de 1 1  a año ños s de e!pe e!peri rien enci cia a abas abaste teci cien endo do a los los gran grande des s cent centro ros s mine minero ros, s, esta esta trayec trayector toria ia y e!perie e!perienci ncia a tamb también ién nos "a permit permitido ido participar en todas las etapas de evolución y desarrollo de los equi equipo pos s de perf perfor orac ació ión n para para la miner minería ía de supe super rci cie e y subt subter errá ráne nea a, siend iendo o uno uno de los los prim primer eros os en asegu segura rar r estándares de calidad ba#o especicaciones A.P.I. y B.E.C.O. y proc proces esos os de fa fabr bric ica ación ción con con cert ertica icac ción ión $%&' $%&'( ( '' )1para nuestros aceros.

ATLAS ATLAS COPCO. COPCO.

Este manual de perforación contiene especicaciones técnicas, recomendaciones de uso operativo de los aceros, mantenimiento y cuidado de todos los componentes de la columna de perforación. %u prop propós ósit ito o es entr entreg egar arle les s a los los usua usuari rios os,, perf perfor oris ista tas, s, mecánicos e instructores un nivel de información técnica en un lengua#e simple de tal manera que pueda ser un te!to de consulta rápida y conable. Atlas Copco Peruana S.A. Francisco Graña No 150-152, Santa Catalina, Lima 13-Per

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Elaborado por* +osé %an artin -.

Especialista de productos

&/0 &/0 ' 2.3../ 4atino 0merica .

CONCEPTOS BASICOS SOBRE GEOLOGIA La corteza de la tierra consiste consiste en diferentes tipos de rocas rocas que están compuestas compuestas de uno o más componentes químicos o elementos minerales. Los mineral minerales es tienen tienen difere diferente ntess dureza durezass y se clasific clasifican an de acuerd acuerdo o a su escala escala de dureza dureza y resistencia a la compresión. Los geólog geólogos os descri describen ben a los minera minerales les como como sustan sustancia ciass natura naturales les inorgá inorgánic nicas, as, sólida sólidass con composición química, forma cristalina y propiedades físicas características. La mezcla mezcla de minerales forma las rocas, rocas, y basados en su método método de de formación formación se clasifican en tres tipos:  Ígneas  Sedimentarias  etamórficas

Las rocas ígneas se forman del magma o silicato líquido fundido, cuando él liquido se enfría rápidamente o esta esta cerca de de la superficie de la tierra forma rocas muy finas o de te!tura "idriosa denominadas rocas e!trusi"as. #ocas ígneas e!trusi"as son, piedra pómez, o pumacina, el basalto, l a obsidiana, y la riolita. Las rocas ígneas ígneas intrusi"as intrusi"as se forman forman cuando el magma se solidifica solidifica lentamente lentamente a grandes profundidades ba$o la corteza de la tierra. %llas se caracterizan por una te!tura de grano grueso y a "eces grandes cristales, e$emplo: &ranito, diorita, y gabro. Son rocas ígneas intrusi"as: 'iorita ()* a +** mpa &abro -* a +* mpa ** a +* mpa  &ranito %l tipo de roca formado depende de la composición química del magma y de los minerales que se cristalizan en la mezcla fundida.  

%l basalto / e!trusi"o 0 y el gabro / intrusi"o 0 se forman de magmas pobres en sílice. Son rocas e!trusi"as. Atlas Copco Peruana S.A. Francisco Graña No 150-152, Santa Catalina, Lima 13-Per

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   

1ndesita 3asalto #iolita 4raquita

+** a 2** mpa * a 2** mpa (* mpa ++* mpa

Rocas sedimentarias, las rocas sedimentarias se 5an formado por alteraciones climáticas de la corteza sólida de la tierra, la cual se 5a desintegrado y sedimentado en los ríos y en el fondo de los mares pre5istóricos. Las rocas sedimentarias sedimentarias se clasifican clasifican en clásticas clásticas y precipitada precipitadas, s, las clásticas clásticas / quebradizas quebradizas 0 se forman por la consolidación de arcillas, arenas, restos de conc5as y fragmentos de otras rocas, tienen origen clástico la arenisca, los esquistos, y los conglomerados.

Las precipitadas precipitadas se forman forman por la precipitaci precipitación ón química disueltas disueltas en agua, de esta manera se forman el yeso, la dolomita, la caliza, y la sal, ellas pueden inclui r algunos materiales clásticos tales como conc5as o fósiles. Son rocas sedimentarias.  6onglomerados  1reniscas  7izarra de grano fino  6aliza  'olomita

(2* mpa (-* a  mpa )* mpa (* mpa (* mpa

Rocas metamórficas. %stas rocas se forman de rocas ya e!istentes, sean sean estas ígneas, sedimentarias, o pre"iamente metamorfoseadas, la estructura, la te!tura te!tura y en en algunos casos la mineralogía mineralogía de la roca roca matriz cambian durante el calor y la presión intensos del metamorfismo. metamorfismo. %l calor y la presión resultan del profundo entierro en la carcaza terrestre o debido al contacto cercano con el magma, las más comunes son. %squistos, mármol, cuarcita, anfibolita, y calizas cristalinas. Son rocas metamórficas.      

ármol 8eis 6uarcita %squisto Serpentina 7izarra

(** a ** mpa (2* a +** mpa (-* a * mpa -* a 2** mpa +* a (* mpa (* mpa

Resistencia a la comresión. %s la cantidad de carga que una muestra de roca podría soportar 5asta el momento de quebrarse y se usa generalmente como índice estándar de perforabilidad. Se e!presa en: pa, 9ilos por centímetro cuadrado o en libras por pulgada cuadrada,


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La perforabilidad depende entre otras cosas de la dureza de los minerales constituyentes y del tamao de sus granos. ;no de los minerales más comunes en la formación de las rocas es el cuarzo y debido a que es muy duro un gran contenido contenido de el 5ará que la roca sea muy dura de perforar perforar y causara muc5o muc5o desgaste a las 5erramientas de perforación, en este este caso se dice que la roca es abrasi"a. %l contenido de sílice es mayor en la cuarzita y arenisca y menos en los minerales de 5ierro y algunas calizas. ;na estructura de grano grueso es más fácil de perforar y causa menos desgaste a los aceros que una estructura de grano fino.

!"N#A$ENTOS % GENERALI#A#ES #E LA PER!ORACI&N %l resultado de una operación e!tracti"a dependerá fundamentalmente de sus costos, razón por la cual la perforación es de la mayor importancia en el costo de la remoción de minerales o roca , por lo tanto tratar de reba$ar su incidencia en el costo de producción será la principal preocupación del personal a cargo del área de perforación y "oladura. Los factores que influyen en la reba$a de costos de la perforación son "ariados, aquí presentamos los mas com
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4ipo de e!plosi"o a usar. 1ltura de los bancos. 4onela$e 4onela$e que el e!plosi"o puede remo"er 4amao 4amao de la perforación, profundidad de los tiros y espaciamiento. 1ngulo de la perforación 4onela$e 4onela$e promedio a obtener diariamente 6apacidad del c5ancador primario 6apacidad de los equipos de carguío y transporte 1ptitud y actitud del personal personal de perforación y "oladura %!periencias anteriores en "oladura 6aracterísticas del cli"a$e de la roca 6aracterísticas de perforabilidad de la roca 'isponibilidad de los equipos de perforación


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

%n realidad considerando las casi infinitas "ariables de combinaciones, de los componentes de la roca, los tipos de formaciones en las cuales se opera, los ob$eti"os que se persiguen cada "ez de mayor e!igencia con la perforación descartan cualquier opción de contar con un equipo y un método uni"ersal para perforación. La dureza es solo uno de los factores que deben ser considerados en la elección de un método de perforación, cualquier formación puede ser altamente dura o abrasi"a, depende solo de su ubicación geográfica, en estas condiciones la p erforación puede llegar a ser un gran problema.

PER!ORACI&N EN !OR$ACIONES #"RAS' !RACT"RA#AS O !OR$ACIONES INCLINA#AS. 4al "ez los yacimientos con mantos muy inclinados sean el peor escenario para una faena de perforación, son en e!tremo complicados ya que 5ay perdidas de circulación de aire o agua , dificultad en la limpieza y atascamiento de la columna de perforación, después de la empatadura las barras tienden a seguir los cli"a$es o fallas, lo que indudablemente "a a dar como resultado tiros torcidos y barras de perforación fatigadas con altos riesgos de ruptura en las zonas de mayor tensión como los radios de los fondos de las roscas, las zonas de uniones soldadas o cualquier otro punto de tensión. Los equipos rotati"os tienen una clara "enta$a en la perforación de formaciones fracturadas debido a que el área anular es pequea y por lo tanto la "elocidad de retorno del ai re con material triturado es muy alta /"elocidad de barrido0, esto 5ace que el tiro se limpie antes de que las partículas se depositen en las grietas o zonas de fracturas. Si se encuentra 5umedad o barro en "etas arcillosas, esquistos "iscosos o en grietas se "an a formar anillos alrededor de la columna, lo que puede presentar peligros de atascamiento o dificultades para cargar el tiro con el e!plosi"o adecuado. 7ara controlar este problema podríamos agregar agua o detener la perforación por un rato de$ando que el agua se acumule 5asta cierta altura para enseguida soplar con todo el aire, esto 5ace que el pozo se limpie de$ando las paredes sua"es. %n formaciones que tienen muc5a agua se presenta un serio problema para los equipos de perforación rotati"a ya que su ba$a presión de aire 2* a * p.s.i. a "eces no son suficientes para e"itar la formación de una columna estática que reduce la capacidad del aire para le"antar el material remo"ido por el tricono desde el fondo del pozo. La perforación rotati"a se introdu$o como me$ora tecnológica en el ao (=*= por su in"entor >o?ard #. >ugues, la nue"a 5erramienta consistía en conos giratorios con dientes cortantes que rodaban en el fondo del pozo y creaban una acción de escopleado o traslapeo, esta nue"a 5erramienta de conos permitió a las perforadoras rotati"as e!ceder le$os los me$ores rendimientos alcanzados en formaciones duras, en esos tiempos aun no se pensaba aplicar el nue"o método a Atlas Copco Peruana S.A. Francisco Graña No 150-152, Santa Catalina, Lima 13-Per

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la perforación de minería, solo fueron usadas en e!ploración geofísica, pozos de agua y por supuesto el petróleo. 'ebido al rápido incremento en el uso de la rotación en la perforación de roca, los fabricantes de perforadoras y de triconos 5an tenido que ir ofreciendo cada "ez me$ores elementos. Los fabricantes de triconos por e$emplo 5an 5ec5o significati"os a"ances en el diseo de los dientes y en la capacidad de los co$inetes , como resultado de esto a5ora se recomiendan aplicaciones de mayor peso sobre el tricono, de modo que las formaciones duras puedan ser perforadas económicamente con brocas rotati"as.

PER!ORACI&N A PERC"SI&N. %s el método usado para 5acer una perforación en roca utilizando las 5ondas de c5oque producidas por una masa que golpea a una broca en rotación o a una columna de barra giratoria que tiene una broca en el e!tremo opuesto, la rotación de la broca se produce por uno o más dispositi"os de giro, rifle, bar, motor integral, o por un accionamiento e!terno. Las perforadoras de percusión se clasifican en dos tipos: 7erforadoras de superficies.  7erforadoras de fondo o '.4.>.  Las perforadoras de superficie son las mas usadas y se llaman así debido a que el martillo de perforación traba$a sobre la superficie del terreno y la columna o sarta de barras se instala entre este y la broca de perforación, una de sus "enta$as es el ba$o peso de los monta$es de sus aceros o 5erramientas. %ntre las perforadoras de superficie se encuentran las guaguas, las perforadoras con émbolos o de patas, las perforadoras con drifters, y los stopers que son 5erramientas que se pueden usar en espacios muy reducidos por un solo 5ombre sin necesidad de montarlas en aparatos especiales, otra de sus "enta$as es que pueden perforar en todo tipo de ángulos, sean 5orizontal, radial, "ertical ascendente o descendente. %n este sistema de perforación la energía de impacto transmitida por el martillo a tra"és de las barras de e!tensión debe ser utilizada al má!imo de tal manera que la fuerza de a"ance sea constante razón, por la cual el equipo de perforación debe estar firmemente posicionado al piso. ;na condición muy importante que los operadores deben tener en cuenta es que las nue"as maquinas perforadoras tienen una gran energía de impacto lo que permite una alta "elocidad de perforación, en estas condiciones es recomendable disminuir la "elocidad de perforación para permitir que el material remo"ido tenga el tiempo de ser e"acuado a la superficie desde el fondo el tiro.


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%n ocasiones es necesario el uso de espuma de flotación cuando el material a perforar es de alta densidad, la espuma de flotación act
PER!ORACI&N #E !ON#O ( #T) *#O+N T)E )OLE,. %ste sistema traba$a en la parte inferior de una columna de perforación y su principal característica es que act

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Las principales recomendaciones a tener en cuenta en la planificación de la perforación con martillo de fondo son las siguientes:

#i-metro de la erforación. La primera recomendación para una perforación eficiente es que entre el diámetro e!terior del martillo y el diámetro e!terior de bit de perforación debe e!istir una diferencia de diámetro ideal de BC ó (,) mm. %ste es el espacio anular que quedara entre el 5oyo a perforar y el martillo de fondo, es suficiente para reducir el riesgo de derrumbe del pozo y suficiente para la e"acuación del material cortado por el bit.

Consmo de aire. 7ara la perforación 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 diámetro se requiere un mayor consumo de aire pero una menor presión. Siempre es necesario consultar el catalogo del fabricante del martillo para conocer los parámetros de uso.

E/ios de erforación. Las principales características de un equipo de perforación para traba$ar con martillos de fondo deben ser el torque para la apropiada rotación, y su capacidad de le"ante. Los diseos geométricos de los bits de perforación son de una alta importancia para la eficiencia de la perforación, es así como e!isten tres diseos para una adecuada selección. 

Cónca0a. . Ddeal para todo tipo de perforaciones, su "aciado frontal permite guiar la dirección del pozo, ideal para zonas blandas y semiduras.

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Plana. 1decuada para perforaciones en zonas semiduras a duras, tienen más insertos en su frente lo que permite romper con mayor eficiencia la roca.



Con0e1a. 7ermite una mayor "elocidad de perforación, su geometría da mayor resistencia a los botones, es adecuada para zonas duras y abrasi"as.

Las "elocidades de barrido necesarias para la limpieza de los 5oyos deben estar entre 2.*** pieAmin a ).*** pieAmin. ;na "elocidad mayor a este rango causará un desgaste e!cesi"o por proyección de partículas a altas "elocidades. @tras recomendaciones importantes para la perforación con este sistema estEn en el control de peso sobre el bit, se debe considerar que un martillo con percusión en el fondo necesita solamente el peso suficiente para mantener el bit en el fondo del 5oyo, perforar con e!cesi"o peso solo reducirá la "ida

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'e la misma forma un peso insuficiente tambien es per$udicial ya que si el martillo no está suficientemente apoyado en el fondo del 5oyo la energía de impacto aplicada sobre el pistón no será transferida adecuadamente al bit. ;na rotación a la in"ersa o impactos sin rotación pueden ser causantes de desacoplamiento de los 5ilos de unión entre las barras yAo el martillo, esto tiene un alto riesgo de que las barras se puedan caer al pozo que se está perforando. 1ntes de poner en ser"icio un martillo de fondo se debe ubicar en posición "ertical, retirar el protector de 5ilos de la culata, presionar 5acia aba$o la "ál"ula de no retorno y lubricar manualmente el martillo, con una cantidad de F litro apro!imadamente. 4ambien es con"eniente confirmar que el bit esté seguro con los retenedores de bit, y comprobar que el sistema de lubricación del equipo se encuentre en buenas condiciones.

#ESPIECE #E $ARTILLO * #O+N T)E )OLE ,


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TRICONOS #E PER!ORACI&N. %n el diseo de triconos el factor de control es el espacio disponible debido a que las dimensiones están limitadas por el diámetro del po zo que debe e$ecutarse. 7or tal razón los diseadores deben considerar la proporción de las diferentes partes tales como.  6o$inetes o rodamientos.  %spesor del cuerpo de los conos.  4amao de los botones. %n los triconos se asegura la mayor duración debido a que su diseo permite la má!ima utilización del espacio disponible, además el tricono es más efecti"o para mantener el diámetro constante del tiro puesto que tiene mayor superficie calibradora. Los conos están montados sobre un e$e de rodamientos o co$inetes los que a su "ez forman parte de las patas o faldones de los triconos, esta construcción integral pro"ee la superficie y resistencia para soportar las cargas que la actual técnica de diseos y e!igencias de perforación imponen sobre el tricono. La carga o el pulldo?n sobre la roca es absorbida por los rodamientos de bolas, de rodillos o co$inetes de friccion ubicados cerca de la base de los conos. Los triconos de diámetros superiores a (C F tienen dos o más rodamientos de rodillos para aumentar su capacidad de empu$e sobre la roca. 7ara obtener mayor acción sobre el fondo del pozo se recurre a la e!centricidad de los e$es de los tres conos, la e!centricidad de los conos se traduce en una mayor penetración en la mayoría de las formaciones debido a la acción de escariado adicional de los dientes del cono. %l "alor de la e!centricidad de los conos depende de la formación que deba perforarse, pues la acción de escariado en formaciones abrasi"as desgasta más rápidamente los dientes, así como también el diámetro del tricono. %l tricono, el compresor, la perforadora y todos los componentes de la columna de perforación deben complementarse para para lograr la perforación más económica y eficiente. La formación que se "a perforar es la que indica que se necesita de la broca y de los accesorios de la columna de perforación tales como diámetros de barras espesor de tubo de barras, tipos de recubrimientos antiabrasi"os etc.etc. La e!periencia en terreno indica que una "elocidad anular de barrido de .*** pieAmin es suficiente para la remoción de los recortes de materiales li"ianos en la mayoría de los casos, y que para materiales pesados se necesitaran unos ).*** 7ieAin o tal "ez más.


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SELECCI&N % "SO #E TRICONOS %l rendimiento de un tricono se "e afectado por "arias características de la formación incluyendo su resistencia, de todas maneras no e!iste un método para relacionar estas características directamente con la selección del tricono. Guizás la manera más simple de seleccionar el tricono adecuado sea determinar el tipo de formación que se "a a perforar, en cualquier caso el método final para determinar el tipo de tricono es la e!periencia que esta dando la actual perforación. %n las formaciones muy blandas los pesos se pueden reducir y toda"ía producir un buen rendimiento, el me$or método de determinar el peso óptimo sobre el tricono es dictado por la práctica de la perforacion en cada caso. La "elocidad de rotación "ariará en cada caso entre * a H* r.p.m. el aumento de la "elocidad de rotación aumentará la "elocidad de penetración, pero al mismo tiempo aumentará el desgaste de los rodamientos y la estructura de corte , este efecto deberá ser obser"ado en el proceso de e"aluación de los resultados de "ariaciones de "elocidad. 4ambién en este caso la e!periencia de terreno será el me$or camino para determinar la me$or combinación de los resultados de peso y "elocidad de rotación. el diámetro de las toberas de un tricono dependerá de eficiencia "olumétrica del compresor y de su capacidad de presión de operación, el tamao de la boquilla deberá permitir el paso del aire a tra"és de la broca y además mantener una contra presión que permita forzar una adecuada cantidad de aire por los rodamientos a fin de mantenerlos refrigerados y limpios, las pruebas de laboratorio y la e!periencia en terreno 5an demostrado que la "ida de los rodamientos se reduce por la presencia de agua en la línea de aire, razón por la cual si se usa agua para el control del pol"o deberá ser con algunas restricciones en las cantidades a usar.

CARACTER2STICAS #E !ALLAS #E TRICONOS % RECO$EN#ACIONES


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!ALLA

CA"SAS PROBABLES

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SOL"CIONES

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6@84#@L1#L1 613D1# 1 3#@61S 71#1 M@#16D8 3L18'1 613D1# 7%S@ OA@ #.7.. #%IDS1# 31##1S 6;D'1# L1S 6@8%JD@8%S, ;S1# S1

1;1841# 7%S@ #%IDS1# 31##1S, 613D1# 1 D8S%#4@S 1S ';#@S 31N1# #.7..


13

M@#;L1 71#1 61L6;L1# L1 I%L@6D'1' '% 31##D'@ /Ib0 %8 7D% ! D8;4@S /ppm0

Ib 

6.M.. ! (H+,2 TU 3it V TU 3arras

'onde : Ib 6.M.. TU 3it TU 3arras

: es la Ielocidad de barrido, : es el caudal de aire del compresor e!presado en pie+Amin. : es el diámetro del bit, e!presado en pulgadas. : es el diámetro de la columna de barras, e!presado en pulgadas.

E3emlo r-ctico. Gue "elocidad de barrido se necesita para traba$ar con un bit de diámetro -C B, una columna de barras de 2C B y un compresor con capacidad de -** c.f.m.

Ib  Ib 

-** /cfm0 ! (H+,2  -V(AU V 2V(AU

((*,*2* 

,*** p.p.m.


1!

M@#;L1 71#1 61L6;L1# 61;'1L '% 1D#% /G0 %8 7D% W AD8

G 

),) ! 'U V dU

'onde: G 'U dU

: es el caudal de aire necesario para obtener una "elocidad de barrido anular de .*** ppm, e!presado en 6.M.. /pie+Amin0 : es el diámetro del tricono de perforación, e!presado en pulgadas. : es el diámetro de la columna de barras, e!presado en pulgadas.

E3emlo r-ctico4 6uantos 6M se necesitan en una columna de barras de diámetro HVAHC y un tricono de perforación de =V)AHCX

G 

),) ! =V)AH U V )VAHU

G 

(.*)2 6M


15

E!ICIENCIA #EL AIRE CO$PRI$I#O A #I!ERENTES ALT"RAS

ALT"RA PIES % $TS. * 7D%S



@ 4S.

(.*** 7D%S  +*2.H 4S. .*** 7D%S  -*=.- 4S. +.*** 7D%S  =(2.2 4S. 2.*** 7D%S  (.(= 4S .*** 7D%S  (.2 4S. -.*** 7D%S  (.HH.H 4S. ).*** 7D%S  .(++.- 4S. H.*** 7D%S  .2+H.2 4S. =.*** 7D%S  .)2+. 4S. (*.*** 7D%S  +.*2H 4S. ((.*** 7D%S  +.+.H 4S. (.*** 7D%S  +.-).- 4S. (+.*** 7D%S  +.=-.2 4S (2.*** 7D%S  2.-). 4S. (.*** 7D%S  2.).* 4S. (-.*** 7D%S  2.H)-.H 4S ().*** 7D%S  .(H(.- 4S. (H.*** 7D%S  .2H-.2 4S.

PRESION BARO$5TRICA P.S.I

6 #E E!ICIENCIA 7OL"$ETRICA

6 #E PER#I#A POR ALT"RA

(2.) (2.* (+.-) (+.((.-) (.* ((.)+ ((.+* (*.H) (*.2(*.*) =.)* =.+2 H.=H H.- H.+ H.** ).-= ).+=

(** Y =) Y =2 Y =( Y H) Y H2 Y H( Y )H Y ) Y ) Y -= Y -- Y -+ Y -* Y ) Y 2 Y ( Y 2H Y 2 Y

*Y +Y )Y (* Y (+ Y (- Y (= Y  Y  Y H Y +( Y +2 Y +) Y 2* Y 2+ Y 2- Y 2= Y  Y  Y


1"

ROSCAS BECO Su origen y diseo se desprende del fabricante de equipos de perforación

Bucyrus Erie

company, quien $unto con disear y construir

equipos, adicionalmente confeccionó las barras de perforación para lo cual tubo que buscar un diseo tal que cumpliera con las características que permitieran traba$ar ba$o condiciones mecánicas de traba$o al limite, su denominación cubre aspectos dimensiónales y de diseo, sus principales características son:       



1lta resistencia mecánica para grandes esfuerzos torsionales. 7erfil geométrico del triangulo generador de la rosca de gran altura y espesor para resistir altas cargas de fricción. 1ngulo de inclinación del cono roscado optimo para resistir esfuerzos alternados de torsión, tracción, compresión, pandeos y fle!iones. 1ngulo de inclinación del cono roscado y longitud entre roscas óptimos para un acoplamiento rápido del par torsor. 4odas las roscas 3eco tienen la misma altura, distancia entre 5ilos y ángulo de inclinación del cono roscado 5embra y mac5o. Las roscas beco se construyen en relación al diámetro de la barra de perforación que se usará. %l espe$o es la

1#

ROSCAS A.P.I.

A

P

I

Su origen y diseo corresponde al merican etroleum nstitute %n las primeras épocas de la perforación rotati"a era muy difícil asegurar la perfecta combinación de 5ilos entre distintos fabricantes de barras de perforación, moti"o por el cual se solicitó al 1.7.D. La elaboración de una norma que incluyera marcas de identificación y características de diseo que aseguraran un alto grado de e!actitud. Sus especificaciones cubren las propiedades mecánicas de los aceros con que se construyen, detalles de fabricación, y dimensiones de barras con que serán usadas. Sus principales características son:    

#osca de paso fino, 2 a  5ilos ! pulgada. 1ngulo de inclinación que facilita su acoplamiento 'enominaciones normalizadas a.p.i. Gue identifican sus características. 7rincipales fuentes de uso, en triconos de perforación mineros y petroleros y barras de perforación petroleras.


1$

INSTR"CTI7O PARA ACOPLA$IENTO #E )ILOS O83eti0o4 1coplar uniones roscadas, barras, adaptadores superiores y adaptadores de triconos a barras. Riesgos4 onta$es de 5ilos con desgarramiento de aceros, fisuras, quebraduras de 5ilos, desacoplamiento y caída desde alturas de elementos por desgastes e!cesi"os de las roscas. 7ara acoplar correctamente una unión roscada con 5ilo 3.%.6.@. o 5ilo 1.7.D. siga las siguientes instrucciones: (0 1segure y fi$e el elemento que "a a unir con la lla"e de su$eción 5idráulica ubicada en la plataforma de traba$o. 0 1seg

1%

(0 7ara desacoplar el con$unto gire lentamente en sentido in"erso y con un a"ance ba$o y controlado permita que estos se separen lentamente.

!ALLAS CO$"NES EN LOS ACEROS #E PER!ORACI&N. %s bien conocido que los metales son más sensibles de fallar ba$o cargas de traba$o estáticas que ba$o cargas de traba$o dinámicas. Los aceros tienen la capacidad de absorber cargas dinámicas o ciclos de esfuerzos de traba$o por un numero infinito de "eces, siempre que los esfuerzos aplicados se mantengan dentro de los limites de resistencias que les corresponde, esto se obser"a en el grafico de la figura 8Z ( que es un simple e$emplo del comportamiento del acero ba$o cargas de traba$o aplicadas y su comportamiento durante los ciclos de traba$o alternados o repetiti"os

%l grafico ad$unto muestra un proporción entre los esfuerzos aplicados y la resistencia del acero, esta proporción se obser"a entre el punto @ y el punto 1. %n el e$e [yC se representan las cargas o esfuerzos aplicados. %n el e$e [!C se representan los ciclos de traba$o. La recta [@C [1C representa la resistencia del acero ba$o cargas de traba$o si la tensión no supera el punto [1C cualquier cantidad de ciclos no causara fallas. 1 partir del punto [1C 5asta [3C la recta se 5orizontaliza, se dice que el acero a de$ado de resistir y a pasado desde el punto de elasticidad al punto de plasticidad, a partir del punto [3C de la recta el colapso del acero será inminente solo depende del tiempo en que esta condición se mantenga. ;n e$emplo clásico es el siguiente: Dmaginar un cla"o de acero dulce con una resistencia mecánica de ).*** lbs.A pulg.U el cla"o no se romperá cualquiera sea el 8Z de ciclos que act

20

el cla"o se romperá a los .***.*** / dos millones 0 de ciclos, y a una tensión de 2H.*** lbs.Apulg.U que es él limite de resistencia elástica el cla"o se romperá inmediatamente. 4odas las fallas o rupturas por esfuerzos cíclicos se llaman fallas por fatiga de material.

#A9OS % !ALLAS POR !ATIGAS :"E A!ECTAN A LAS BARRAS #E PER!ORACI&N. Las "elocidades críticas de rotación y altas cargas de empu$e sobre el tricono de perforación causan "ibraciones y a menudo son las causantes del rápido deterioro de las barras, sea por desgastes e!cesi"os o fallas por fatigas. %stá comprobado que ba$o condiciones criticas de perforación, sea por formaciones duras y por derrumbes de pozos se requiere aplicar una mayor potencia del equipo a los aceros de perforación, esta necesidad de aplicar mayor potencia del equipo a los aceros es la e"idencia de que los operadores están traba$ando ba$o condiciones criticas.

!allas Por Tracción. Las fallas por tracción se pueden producir mientras se esta tirando de las barras de perforación aprisionadas en un derrumbe del pozo. %n la medida que el esfuerzo de tracción sobre las barras e!ceda el limite de fluencia del acero el metal tiende a deformarse gradualmente concentrando la mayor tensión del esfuerzo aplicado sobre las paredes más delgadas de la barra o la zona de fondo de los 5ilos, estas son las zonas de mayor concentración de tensiones. !allas Por !atiga. La falla por fatiga es la más com

21

Las barras de perforación son fabricadas con aceros con un alto punto de fluencia a la torsión, tracción y compresión, por lo tanto soportaran los esfuerzos aplicados mientras estos estén dentro de sus límites de ruptura o de fluencia elástica.

'ebemos insistir en que el mecanismo de falla por ruptura es progresi"o en el tiempo, su proceso comienza con una pequea deformación submicroscopica de los átomos del acero y producto de esfuerzos mecánicos alternados se genera calor , ba$ando la resistencia co5esi"a de los componentes de la estructura del acero, este fenómeno a su "ez "a formando micro fisuras que se "an uniendo progresi"amente 5asta 5acerse "isibles, la dirección que la grieta toma es trans"ersal al e$e del cuerpo que esta siendo afectado, esta es la razón por la cual las fallas ocasionadas por grietas producidas por fatigas siempre son circunferenciales. %n todo acero de perforación la composición química, su micro estructura, la terminación mecánica de sus superficies y las propiedades mecánicas del acero determinan su límite de fatiga. 'e manera apro!imada el acero de las barras de perforación tiene una resistencia a la fatiga igual a la mitad de su resistencia a la tracción, por otro lado las entalladuras producidas por la forma geométrica de su diseo también tienen un gran efecto sobre su resistencia a la fatiga. Las barras de perforación y los adaptadores superiores, intermedios o de otro tipo sometidos a ciclos de esfuerzos de tracción, compresión stán, pandeo, torsión y fle!ión. Los esfuerzos mas criticos son los de compresion y pandeo, la magnitud de cualquier esfuerzo se acrecienta por efecto de las "ibraciones, las que a su "ez son las causantes de los sobre aprietes de 5ilos en las columnas de perforación, de aquí la importancia de contar con un buen diseo de amortiguador de impactos y "ibraciones. ;na interpretación negati"a 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 tamao de los cristales no "aria y la ruptura o grieta es trans"ersal a los planos del cristal , la apariencia frágil que resulta de la estructura se debe al traba$o de endurecimiento en la superficie de la fractura . 'entro de las principales recomendaciones para un adecuado uso de las barras de perforación se deben considerar las siguientes. 

1l iniciar la perforación las #.7.. y el 7ull'o?n deben ser lentos permitiendo que la columna se estabilice y así reducir las cur"as de deformación por pandeos.



%l control de la empatadura lenta y progresi"a es recomendable mantenerla 5asta los primeros dos metros de profundidad.


22



Los puntos de apoyo de la columna que reducen el pandeo y las "ibraciones son, la pared de la perforación, la mesa de traba$o con su anillo guía y el cabezal de rotación del equipo.

%stá comprobado que una mala empatadura de la perforación solo generará tiros torcidos, tensionando de manera permanente la columna de perforación, el tricono de perforación tambien se "e afectado ya que su rotación o giro no será uniforme y su estabilidad en el fondo del 5oyo afectará siempre a un cono mas que a los otros, adicionalmente los tiros des"iados pro"ocan espaciamientos entre ellos que alteran la fragmentación de la roca lo que puede ser un problema serio para su carguío y su remolienda.

ANALISIS #EL $ATERIAL "SA#O EN LAS BARRAS #E PER!ORACION ATLAS COPCO . Steel *Naran3o,

Allo; *Brdeo,

Esecificación

AST$ ( A<=>

AST$ ( A?<@

Grado

B

<= Temlado ; Re0enido

Condición

Aca8ado en caliente

Aca8ado en caliente

Limite el-stico

?.=== l8s  lgD

@=.=== l8s  lgD

Limite a la tensión

>=.=== l8s  lgD

<=.=== l8s  lgD

#reFa Brinell *)B,

<=> a <= )B

>= a <= )B

Car8ono

='= *m-1imo,

=' a ='=

$anganeso

='@ a <'=> *m-1imo,

='H? a <'==

!ósforo

='= *m-1imo,

='= *m-1imo,

AFfre

='=? *m-1imo,

='= *m-1imo,

Silicio

='<== *mínimo,

='
Cromo



='= a <'<=

$oli8deno



='
• •

AST$ A<=> grado B' es la especificación para tubos de acero al carbono sin costura. AST$ A?<@ grado <=' es un tubo que dimensionalmente es más preciso que el 1S4 1(*- grado 3 denominado acero dulce.

E1isten Tres Tios #e !allas Por !atiga #e $aterial.


23

Matiga pura, que es una ruptura sin causa aparente, fisuras en lado bo! o en el pin de las barras. Matiga por entalladura, que es una ruptura asociada a una entalladura de tipo mecánica producto de la forma geométrica del elemento o causada po r un elemento e!trao en la perforación.

•

•

Matiga por desgaste, que se produce por la erosión o abrasión a que 5a estado sometido el elemento durante sus ciclos de traba$o.

•

PROBLE$AS !REC"ENTES EN LA OPERACION % "SO #E LOS ACEROS #E PER!ORACION PROBLE$A

ORIGEN

SOL"CION

'esgaste prematuro de 5ilos

%!cesi"a rotación, e!cesi"o 7ull'o?n, falta de lubricación, ba$a frecuencia de lubricación, desalineamiento de cabezal.

3a$ar rotación y 7ull 'o?n al mínimo, aumentar frecuencia de lubricación, corregir des"iación de cabezal de rotación.

#uptura de 5ilos 7in y fisuras en 5ilos 3o!

7andeo e!cesi"o en la columna, golpes contra la lla"e de ser"icio.

#educir 7ull'o?n al inicio de la perforación, no aplicar torque a la unión de barras para e"itar el sobre apriete y posterior golpe contra la lla"e de ser"icio.

'obladura de barras

o"imiento del equipo con barras en el pozo, des"iación de cabezal de rotación, torres desni"eladas, e!ceso de 7ull 'o?n con barras gastadas.

1ntes de mo"er el equipo asegurarse de retirar las barras del pozo, corregir des"iación de cabezal de rotación, corregir "erticalidad de torre y confirmar con ni"eles de cabina, reducir 7ull'o?n con barras gastadas y sobre todo en formaciones duras.

6ortadura de barras

7ull 'o?n e!cesi"o con barras gastadas, pandeo e!tremo en barras gastadas, entalladuras por roce en el acero.

#educir 7ull'o?n con barras gastadas y sobre todo en formaciones duras, retirar del equipo barras que con entalladuras ocasionadas por fricción contra rocas duras

#uptura de anillos guías

&olpes contra barras torcidas, golpes contra 'ec9 >ole con deformaciones o desgastes.

#etirar barras torcidas de la perforadora, reparar 'ec9 >ole.

'esgastes asimétricos anillos guías

de

7erforación con barras torcidas, anillos trabados por suciedad interior, sedimentos en el interior, 'ec9 >ole en mal estado.

#etirar barras torcidas de la perforadora, reparar 'ec9 >ole, retirar y destrabar anillos guías con líquidos lubricantes.

en

'esgastes de piezas, fugas de aire, monta$e defectuoso.

#etirar amortiguador y reemplazar por uno en buen estado, corregir monta$e.

Iibraciones en la columna

4ricono en mal estado, 4ricono inapropiado, formación demasiado dura, falta de 7ull'o?n, e!ceso de rotación.

6ambiar tricono, instalar tricono apropiado, aplicar 7ull'o?n gradualmente, reducir rotación gradualmente.

Sobre 5ilos

en

Iibraciones en la columna, pandeos e!cesi"os, falta de lubricación en los 5ilos.

%n columna single pass desacoplar barras cada dos turnos para eliminar tensión de los espe$os y reengrasar.

'aos en 5ilos de triconos

1coplamiento defectuoso, desalineamiento de la columna, mesa desni"elada, lla"e corta triconos en mal estado, golpes contra los 5ilos.

6ontrolar alineamiento de cabezal de rotación, reducir a"ance y rotación al mínimo, "erificar estado de 'ec9 >ole y de lla"e corta triconos y corregir de ser necesario .

'es"iación de tiros

%mpatadura defectuosa, desni"elación de torre, torre torcida, gatos 5idráulicos

6orregir ni"elación de torre y "erificar con ni"eles de

1mortiguadores mal estado

apriete


2!

defectuosos.

cabina, reparar defectos en torre de perforación, corregir defectos en gatos 5idráulicos.

1trapamiento de columna dentro del pozo

7erdida de aire a tra"és de grietas, formación de lodo en el fondo del pozo, derrumbe de pozo, escariado de las paredes del pozo.

Dnyectar agua o aditi"os a la perforación para estabilizar y Ao sellar las paredes, repasar la perforación para limpiar el fondo del pozo, retirar estabilizador para eliminar escariado de pozo en formaciones blandas, gra"as, arcillosas o sedimentarias.

'esgastes prematuros barras

6olumna torcida dentro del pozo, pozo des"iado, desni"elación de equipo, e!ceso de presión de barrido.

#etirar columna torcida, controlar 7ull 'o?n al iniciar la perforación, controlar estabilidad del piso de la perforadora, regular aire de barrido en el compresor o nobles de los triconos.

en

ESTJN#ARES CON NOR$AS % PROCE#I$IENTOS PARA EL "SO #E E:"IPOS % ACEROS #E PER!ORACI&N. %s claro que las gerencias yAo superintendencias de cada faena minera son dueas de sus propios manuales e instructi"os de perforación por lo tanto también responsables de ellos, el presente manual de perforación 45iessen solo pretende destacar las características básicas y fundamentales que los operadores deben considerar en cualquier proceso de perforación en los cuales participan.

Condiciones #e Tra8a3o #el Area #e Perforación. 4oda área de traba$o segura para la operación de perforación, debe considerar los riesgos asociados a ella, tale como, 4aludes, caras libres, 65arcos de agua, &alerías subterráneas, esto incluye, las estacas indicando grados de pendientes e información de riesgos que puedan e!istir. %l área de perforación esta definida como la sección de la mina donde se realiza el proceso de perforación como primera etapa del proceso general de la "oladura y debe cumplir con los siguientes estándares.

Pisos. %l piso como área de perforación debe ser uniforme, sin obstáculos, ondulaciones, ni formas irregulares, debe estar libre de material suelto y contar con un fácil acceso. 'el mismo modo debe contar con drena$es que e"iten su inundación por llu"ias o por filtraciones. Bermas de segridad. 'eben e!istir bermas de seguridad al borde de la cara libre del banco de apro!.(, mts. 'e alto ! un metro de anc5o y a 2 mts. 'e la primera fila de pozos. SeKaliFación4 ;na "ez terminada la malla de perforación debe colocar a"isos de [Kona de perforaciónC . 1seg
#emarcación de rofndidad4


25

Las estacas de localización de los pozos a perforar deben ser de una altura má!ima de +* cms. e indicar la profundidad del pozo en mts y deben ser "isibles en la noc5e. La información registrada en las estacas debe quedar de frente al sentido de entrada a perforar en el equipo de perforación.

Ca8les elctricos. Los cables eléctricos de equipos a$enos al área de perforación deben estar distanciados por lo menos (* mts. Las áreas sealizadas por a"isos de perforación no deben contener cables eléctricos aéreos. Jreas En Tald La pendiente má!ima del área en talud, después de preparada, debe ser menor a (H grados. Las áreas en talud deben ser uniformes , sin ondulaciones ni formas irregulares, libres de material suelto, en caso de rampas en desuso deben estar libres de material triturado, cuando se tienen taludes con pendientes mayor a (H grados se debe 5acer una plataforma en la cresta del talud y se arregla el pie del mismo. %l pie del talud debe permanecer libre de material, si la preparación es 5asta la mitad del talud, se deben de$ar salidas cada (* mts. 1pro!. %sta área también debe contar con drena$es para acumulación de aguas por napas o acumulación de llu"ias.

ESTJN#ARES #E SEG"RI#A# #E "N E:"IPO #E PER!ORACI&N . Se debe contar con los equipos de perforación en optimas condiciones de uso para realizar la operación de perforación considerando los riesgos in5erentes a la operación con ellos, estos riesgos pueden ser los siguientes, Dncendios, "olcamientos, accidentes por atrapamiento de partes en mo"imientos, golpes contra puntos e!puestos del equipo, caídas desde altura etc,etc. 7or tal razón los operadores de estos equipos siempre deben tener presente que los estándares de operación de un equipo son el con$unto de requisitos que este debe cumplir para ser operado en el área de la mina de manera segura para el. Los equipos se deben operar idealmente sobre terrenos planos, si entran a mantención deben ser ubicados en áreas despe$adas de mo"imiento y libre de cables eléctricos, sus orugas no deben tener cadenas con e!ceso de tensión, el equipo no se debe instalar en la dirección de rumbo a perforar, asegure como mínimo la ni"elación 5orizontal o lateral del equipo con los cilindros de ni"elación cercanos a la cabina y siempre que se pueda con todos los gatos. 1ntes de iniciar la perforación compruebe con los ni"eles de cabina y el diagrama de "olteo del equipo que no está sobrepasando los grados de inclinación má!imo permitidos para la condición en que se encuentra.

Perforación #e PoFos. La perforación de pozos es el ob$eti"o y tarea principal del operador del equipo, esta se debe e$ecutar de forma segura y eficiente, el traba$o se inicia cuando el operador instala el equipo en posición en el lugar indicado y termina cuando se 5a sacado totalmente las barras de perforación del pozo perforado.


2"

7rocure no operar el equipo dentro de un área de carguio, en el e"ento que se requiera a"ise al $efe de turno o $efe directo del área y tome todas las medidas pre"enti"as establecidas seg
Pasos a segir4 (. ;bique el equipo en posición de traba$o en el lugar sealado por las estacas, de acuerdo al plan, perfore en orden ascendente y en filas completas. . 8i"ele el equipo con los gatos y dé$elo descansar sobre ellos, trate de de$ar las orugas 5aciendo contacto con el suelo. +. Le"ante la torre de perforación y "erifique que quede asegurada. 2. #etire la primera barra desde el cargador. . 3a$e la primera barra /7atera o iniciadora0 5asta que toque el suelo, aplique aire y rotación y aumente gradualmente la presión y el empu$e. -. 1plique agua si las condiciones lo e!igen. ). 4enga en cuenta el tipo de material y condiciones del area a perforar, a mayor dureza aplique mayor presión de empu$e y menor rotación, en terrenos blandos aplique menor presión de empu$e y mayor rotación, con base en lo anterior gradué la "ál"ula de empu$e automático si el equipo la tiene disponible. H. 6uando el e!tremo superior /Lado de 5ilo 7in0 de la primera barra llegue 5asta la plataforma de traba$o del equipo, aseg

2#

(. Ierifique permanentemente el estado de los triconos y los aceros de perforación, barras, adaptadores, anillos guías, tazas porta ba rras y amortiguadores. . %ste atento y reporte cualquier anormalidad mecánica o eléctrica que obser"e durante la operación. +. 1plique grasa lubricante cada cuatro o cinco pozos a los 5ilos de cada acero de perforación que se necesite acoplar. 2. 4otalice los metros perforados, tiempos de paradas, tiempos de espera y operati"os al final de cada turno e informe a su super"isor.

Perforación de PoFos en Pendientes. %n estas condiciones de perforación al traba$ar con el equipo en planos inclinados las medidas de seguridad deben ser e!tremadamente rigurosas, el principal riesgo es el "olcamiento, por tal razón el operador debe tener especial cuidado y atención en la información que debe recoger en el área de traba$o, por e$emplo, debe obser"ar la estaca que seala los grados que tiene la pendiente, tambien se debe asegurar que el área no tenga material suelto ni irregularidades. Se recomienda aplicar el siguiente procedimiento: (. 'etermine la pendiente del talud, no perfore cuando el ángulo sobrepase los (HZ. . 1seg
Perforación de oFos 8a3o el aga. %sta condición es tal "ez una de las mas comple$as dentro de las tan "ariadas condiciones de perforación, para ello el operador del equipo deberá tener necesariamente un grado de e!periencia tal que le permita detectar y tomar decisiones de manera rápida y eficaz dado a que por la condición de traba$o ba$o el agua la condiciones y los aceros de perforación no son fáciles de controlar como en los casos de pozos secos, deberá sumar a su capacidad técnica su intuición para sentir y detectar otros tipos de reacciones, sonidos y nue"as e impredecibles "ariables. Las necesidades de disponer del aire necesario "arían conforme las condiciones de diámetros, profundidades del pozo y tipo de terreno. 6uando se está perforando con un tricono o un martillo de fondo se necesita una mayor cantidad de aire para limpiar el pozo, a esto se le conoce con el nombre de [7resión de descargaC. ;na columna de agua +*, mts. 8ecesita de 2+, p.s.i. 'e contra presión para ser le"antada. ;n pie es equi"alente a *.+*2 mts.y tambien es equi"alente a *.2+2 p.s.i. Las normas para estos casos sealan que por cada (** pies, es decir +*. mts de agua en el po zo se necesitan 2+. libras de presión p ara "encer la columna de agua. ;na "ez "encida la presión 5idrostática la presión de aire se aplicará a la operación sea con tricono o con martillo de fondo.


2$

Si el aire no fuera suficiente para "encer la presión 5idrostática de la columna de agua se recomienda el uso de equipos au!iliares para inyectar aire como compresores en paralelo o 3ooster.

ELE$ENTOS :"E CO$PONEN LA COL"$NA #E PER!ORACI&N La columna de perforación es uno de los componentes más caros de un equipo de perforación, por lo que su duración determinará si su in"ersión económica 5a sido amortizada o a originado pérdidas a la compaía.

A$ORTIG"A#ORES. %l amortiguador de "ibraciones o de impactos, es uno de los elementos más importantes en el con$unto de la columna, su traba$o consiste fundamentalmente en absorber parte de la energía liberada por el tricono de perforación que no 5a sido utilizada en romper la roca. 6onsiderando la e"olución tecnológica de los aceros de perforación y la constante e!igencia por mayor producti"idad en las minas, este accesorio es parte "ital para un buen desempeo en la operación. ;n buen diseo de este accesorio es aquel que tiene incorporado como elemento principal en su estructura una gran masa amortiguadora de impactos que absorba golpes y "ibraciones no deseadas que pro"ocan daos a los equipos y afectan a la perforación. Los efectos directos más frecuentes en la operación por un amortiguador defectuoso o por la ausencia de este son las sgtes.  'aos en el tricono de perforación, rotura de botones y daos en rodamientos.  'aos en rodamientos de cabezal de rotación, e$es de transmisión, dientes en con$untos de engrana$es.   

'aos en la estructura de las torres de perforación y puntos de uniones soldadas. 'es"iación en el rumbo de la perforación. Iibraciones e!cesi"as en cabina de control.


2%

Los daos antes sealados son generados por las solicitaciones mecánicas que act
#ESPIECE #E "N A$ORTIG"A#OR #E I$PACTOS % 7IBRACIONES.


30

7i8raciones4 Son de tipo "ertical y rotati"as, las "ibraciones tal "ez sean las que más daos ocasionan debido a que son absorbidas por la estructura y componentes que están en mo"imiento durante la fase de traba$o, generando ine"itablemente en el tiempo fatigas de materiales, las "ibraciones se deben entender como la energía que se 5a transformado y que no fue utilizada por el tricono en la perforación. Los rodamientos, engrana$es, cadenas de transmisión, puntos de uniones soldadas, soportes de fi$ación, pasadores, bu$es . Son los componentes mas afectados por las "ibraciones , cuando estas "ibraciones son directas y permanentes los daos pueden ser frecuentes, por lo tanto los costos por reparaciones también tienen un alto costo.

Pandeos. Se asocian directamente a las cargas de compresión, pero por definición el pandeo es una fle!ión compuesta. %l efecto de pandeo se presenta solo cuando los cuerpos que soportan la compresión son e!cesi"amente largos en relación a sus diámetros, es el caso de una columna de barras, siempre se debe considerar que la resistencia al pandeo es función del espesor de las barras y su diámetro. &eneralmente se confunde con el efecto de la fle!ión. !le1iones. %stas se producen por efectos de esfuerzos paralelos aplicados al e$e central de la columna de perforación, e$emplo de esfuerzos paralelos tenemos cuando los cabezales de rotación están descentrados, cuando las empataduras quedan des"iadas, cuando los anillos guías yAo sus mesas están fuera de medidas, también se presentan cuando las cremalleras de las torres de perforación están con desgastes y los cabezales de rotación se deslizan de forma deficiente. Comresión ; tracción. 1mbos esfuerzos se presentan cuando las cargas o fuerzas aplicadas al tricono de perforación pasan por el centro de la columna o por su e$e, por e$emplo, el pulldo?n es una carga de compresión y el pullbac9 es una carga de tracción. Torsión. La rotación necesaria que se transmite desde el cabezal de rotación tra"és de las barras 5acia el tricono de perforación genera un efecto torsional, para acoplar las barras entre sí o el tricono al adaptador se necesita un mo"imiento de torsión o de giro, esta fuerza act

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A#APTA#ORES S"PERIORES. La columna o tren de barras contin

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BARRAS #E PER!ORACI&N Dnmediatamente deba$o de los adaptadores superiores se ubican las barras de perforación, se pueden definir como elementos de e!tensión y de unión que transfieren la energía de rotación y empu$e desde el cabezal de rotación a la 5erramienta de corte o tricono de perforación conduciendo internamente el aire necesario para generar la e"acuación del material cortado desde el fondo de la perforación a la superficie. Las longitudes, los diámetros, los 5ilos y sus diseos obedecen e!clusi"amente al tipo de maquina en que serán usadas. 1 e!cepción de alg
#ada La Imortancia % Alto Costo :e Peden Tener Las Barras #e Perforación #aremos Algnas Recomendaciones Para S "so % Selección. •

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%n una columna de perforación siempre es recomendable el uso de barras de una misma marca. %n general siempre serán recomendable las barras de p ared más gruesa, sin embargo por el mayor peso esta recomendación estará limitada a la capacidad de la perforadora.


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•

6onsiderar en la selección de barras la capacidad de le"ante de la perforadora. 4amao y profundidad del tiro. Iolumen medio de circulación de aire. 6argas de torsión, tensión y compresión. 'isponibilidad de lla"es de su$eción. Logística para el transporte y manipulación.

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6ondiciones de manutención y cuidado.

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A#APTA#ORES #E TRICONO *BIT S"B, %n la parte inferior de la columna de perforación se ubican los adaptadores de tricono a barras que unen las barras de perforación con los triconos de perforación, su función es similar a los adaptadores superiores, en algunos casos deben unir elementos con roscas diferentes, pero nunca unir elementos con diferentes diámetros. %s el elemento de una columna que esta e!puesto a las más se"eras condiciones de desgastes por abrasión las que se originan en el fondo de la perforación. >istóricamente los adaptadores de triconos cumplían funciones de estabilizadores de la columna de perforación, para lo cual se confeccionaban con rodillos giratorios o aletas de aceros antiabrasi"os dispuestas en sentido longitudinal o 5elicoidal. %l rápido desarrollo de la ingeniería en la construcción de nue"os triconos de perforación tra$o como consecuencia un aumento en la "elocidad de la perforación, llámese aumento de r.p.m. O carga sobre el tricono mismo, razón por la cual la cantidad de material remo"ido debía ser e!traída desde el fondo del pozo en el menor tiempo posible con el propósito de mantener limpio el frente de corte. 1l e"acuar el material remo"ido también se disminuye la gran turbulencia que "a gastando los faldones del tricono, el cuerpo del adaptador y de manera ascendente el resto de los componentes de la columna, el desgaste de los faldones del tricono y el cuerpo del adaptador es ocasionado por la mencionada turbulencia y remolienda del tricono al repasar las partículas más pesadas que no alcanzan 5a ser le"antadas por el aire de barrido. %l flu$o de material turbulento que se ubica en el fondo de la perforación es causado por el aire a alta presión que sale desde las toberas del tricono, las tres toberas de barrido mas la rotación necesaria para la ruptura y remoción del material a cortar son los que generan la turbulencia.


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%sta turbulencia pasa a un flu$o de e"acuación la minar cuando ya se encuentra apro!imadamente a una altura de un metro desde el fondo del pozo. ;na alta "elocidad de barrido solo aumenta la turbulencia del material y acelera el desgaste de los aceros, por otro lado cuando la cantidad de agua utilizada para controlar la emisión de pol"o es e!cesi"a, el dao a los rodamientos de los triconos es inminente así como el efecto de arenado en los aceros de perforación. 7or las condiciones de traba$o mencionadas es que el estabilizador de rodillos yAo de aletas fue reemplazado por un cuerpo liso, es decir la geometría del adaptador o bit sub debería ser perfilada de tal manera que presentara la menor resistencia posible a la e"acuación del material remo"ido a altas "elocidades. 4al como lo 5emos sealado las mayores e!igencias en términos de mayor producti"idad en los centros mineros tra$o consigo la e"olución tecnológica en los diseos de los aceros de perforación, de tal manera que la rentabilidad o ba$o costo de los mismos 5oy 'D1 es un factor cla"e para el análisis técnico económico de cualquier proyecto minero, razón por la cual los fabricantes de aceros de perforación para la minería 5an debido 5acer uso de nue"as técnicas de fabricación que permitan aumentar la "ida

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ANILLOS G"2AS ROTATORIOS La importancia de este accesorio generalmente no es plenamente reconocida por los usuarios así como tampoco su adecuado uso y manipulación. Sin embargo en el ítem de la columna de perforación el costo de este accesorio puede llegar a ser altamente incidente si no se controla debidamente su uso en la operación, los principales daos se producen por golpes que reciben a tra"és de la columna de perforación cuando el terreno que se está perforando es muy duro, en estas condiciones de perforación las barras estEn siendo sometidas a una gran carga de empu$e lo que a su "es da origen a grandes cur"as de pandeo que asociadas a la rotación en con$unto con las "ibraciones son los mayores causantes de golpes y daos en los anillos guías.


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%l diseo de estos accesorios considera que su bu$e interior gire sobre dos o tres pistas de rodaduras en las cuales estEn las bolas de acero que permiten la rotación del bu$e interior reduciendo su coeficiente de roce, la cantidad de pistas de rodadura depende del diámetro del anillo guía y por consecuencia del diámetro de las barras de perforación. Los cuerpos e!terior e interior de los anillos guías se fabrican en aceros de alta resistencia mecánica con tratamientos térmicos, sin embargo las durezas que estos alcanzan en las pistas de rodaduras así como la dureza de las bolas no pueden ser mayores debido a los impactos permanentes a que estEn e!puestos, una mayor dureza solo afectaría su "ida

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%l control de desgaste se realiza en el bu$e interior, es recomendable que este desgaste no sea mayor a BC por lado, es decir (C de desgaste total en su diámetro interior.

RECO$EN#ACI&N PARA EL "SO #E LOS ELE$ENTOS #E PER!ORACION. . 1un cuando los aceros 5ayan estado debidamente almacenados se deben inspeccionar las roscas mac5os y 5embras, así como sus espe$os, deben estar siempre limpios y libres de daos ocasionados por golpes. 1ntes de poner en uso los aceros de perforación se deben lubricar con grasas con altos contenidos de cobre micro pul"erizado. 6ada "ez que se reutiliza un acero se debe remo"er la grasa acumulada en sus zonas roscadas, para eliminar impurezas que impidan su acoplamiento normal y permitir la ad5erencia del nue"o lubricante. Acolamientos de niones roscadas' 8arras' adatadores' etc. Las recomendaciones de limpieza y lubricación de 5ilos son e!tremadamente importantes para la "ida

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%!isten también otras "ariables de gran importancia que se deben tener en cuenta para la e!tensión de la "ida
La rotación al acoplar debe ser lenta, el desplazamiento descendente debe ser equi"alente al paso de la rosca. 7or e$emplo, las roscas 3.%.6.@. 4ienen un paso de BC, esto significa que por cada "uelta que giren al acoplar deben a"anzar BC . ;na rotación mayor que el desplazamiento indicado genera un monta$e entre los 5ilos con desgarramiento de acero. 'el mismo modo un desplazamiento mayor que la rotación produce el mismo dao.

%n las columnas multipass es com

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Las fallas m-s frecentes de las roscas son    

'esgastes por e!cesi"a rotación o e!cesi"o empu$e al acoplar. #uptura de 5ilos por micro grietas en el acero generado por una mala lubricación. #uptura de 5ilos por fatiga de material pro"ocadas por altas cur"as de pandeo. #uptura de 5ilos mac5os yAo 5embras por sobre esfuerzos torsionales cuando la roca a perforar es muy dura.

%s importante sealar que el mecanismo de falla que pro"oca la ruptura en un 5ilo mac5o yAo 5embra siempre es un esfuerzo mecánico e!tremo, sea por pandeo, fle!ión, o torsión, ba$o estas condiciones los 5ilos "an sufriendo lentamente un proceso de deformación 5asta sobrepasar su limite de resistencia elástica llegando a la deformación permanente y su consiguiente ruptura. %l mayor riesgo de fatiga y ruptura de 5ilos yAo barras se manifiestan en los primeros metros de perforación, en la [empataduraC de los pozos, por tal razón es estrictamente necesario que el pulldo?n aplicado así como la rotación sean ba$as, de tal forma de no producir des"iaciones o pandeos , que son las causas de fatigas y rupturas, esta condición debe ser aplicada obligatoriamente en los primeros dos a tres metros, 5asta que la columna 5a conseguido estabilizarse lo suficiente apoyándose en el cabezal de rotación, la mesa de traba$o y las paredes de la perforación, esta es la
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CON#ICIONES S"B ESTAN#ARES :"E A!ECTAN A LOS ACEROS #E PER!ORACION PROBLE$A 6abezal de rotación descentrado Malta de aire para barrido

E!ECTO SOBRE LA COL"$NA #E PER!ORACION 1ltas cur"as de pandeo sobre la columna, fatiga de de aceros y ruptura de 5ilos 7in y fisuras en 5ilos 3o!, desgastes asimétricos en faldones de triconos, altas cargas de fricción y golpes sobre los anillos guías rotatorios. #emolienda en el fondo del pozo, desgastes prematuros en los faldones de los triconos, desgastes prematuros en los bits sub por e!ceso de fricción en el fondo del pozo, desgastes en el n
%!ceso de aire en el barrido

'esgaste por efecto de arenado sobre los bit sub y las barras, desgastes en los faldones de los triconos por efecto de arenado.

&atos de ni"elación en mal estado

4orceduras de barras, ruptura de 5ilos 7in y fisuras en 5ilos 3o!, ruptura de anillos rotatorios.

6adenas de empu$e con diferentes tensiones

'escentramiento de cabezal de rotación, pandeo de la columna con daos por fatigas en 5ilos 7in y 3o!, desgastes de anillos rotatorios por e!ceso de fricción, ruptura de 5ilos en 4op Sub por desalineamiento, desgastes de 5ilos al acoplar.

6orrederas gastadas

'es"iación de cabezal y pandeo sobre la columna, "ibraciones sobre el cabezal de rotación, desgastes de 5ilos al acoplar.

1mortiguador en mal estado

Iibraciones sobre el equipo, "ibraciones sobre los anillos guías, daos sobre el tricono, ruptura de insertos en los triconos, sobre aprietes de 5ilos.

4orre de perforación torcida o desni"elada

7andeo de columna y fatiga en los aceros, desgastes de 5ilos al acoplar, desgastes en faldones de triconos, desgastes prematuros en las barras por aumento de fricción sobre las paredes del pozo, empataduras defectuosas, pozos des"iados.

Nuegos e!cesi"os en pasadores de fi$ación de torre

Iibraciones sobre la estructura de los equipos, ruptura de 5ilos 7in y fisuras en 5ilos 3o!, des"iación de columna, daos en anillos guías, daos en faldones de triconos, fallas en empataduras de pozos, pozos des"iados.

1nillos guías con e!cesi"o desgaste

Iibraciones en columna de perforación, des"iación de columna, impactps sobre el dec9 5ole, daos en los rodamientos del anillo guia.

Dnstrumentos de ni"elación descalibrados

'es"iación de columna y torcedura de barras, fatigas en los aceros por pandeo, desgastes prematuros de aceros por aumento de fricccion sobre las paredes del pozo, desgastes de faldones en los triconos. #esbalamiento sobre los aceros, riesgos de golpes.

Lla"es de ser"icio en mal estado. Iál"ulas de retención en mal estado

%!ceso de aceite en la línea de aire.

&olpes sobre los 5ilos 7in, ruptura de 5ilos 7in, desgastes prematuros de 5ilos al acoplar, barras torcidas al trasladar equipo. 'aos en componentes de amortiguadores, contaminación de muestras, riesgos de caídas por resbalamiento en mesa de traba$o, desplazamiento de grasa en los 5ilos.


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6alentamiento de las zonas de unión.

1lteración de la estructura de los aceros y fatiga de aceros por re"enidos prolongados.

$ANIP"LACI&N #E LAS BARRAS #E PER!ORACI&N Cargío de 8arras de erforación. Siempre se deben cargar las barras de perforación con una pluma de le"ante telescópica montada sobre un camión de apoyo con capacidad mínima para +.*** 9gs. 4ambién se puede realizar esta operación con un cargador tipo 5orquilla con una capacidad mínima de le"ante tambien de +.*** 9gs. La abertura de las 5orquillas de le"ante debe estar al má!imo posible. %ste tipo de cargador tiene un alto potencial de riesgo por resbalamiento de las barras sobre las 5orquillas metálicas, razón por la cual deben estar cubiertas con alg
6argar los e!tremos mac5os o 5embras de las barras 5acia el mismo lado del camión, los protectores de 5ilos deben estar instalados y en buenas condiciones a ambos lados de las barras antes de comenzar a cargarlas. %"itar que los espe$os de las barras rocen con las barras adyacentes, espaciándolas adecuadamente con listones de madera de a lo menos (C de espesor dispuestos "erticalmente entre barra y barra para pre"enir roces con las bandas de recubrimientos duros en los e!tremos mac5os y 5embras.


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'epositar las barras sobre el piso del camión apoyándolas sobre listones de maderas 5orizontales de a lo menos +C de espesor. La camada de barras se asegura al camión mediante cables o cadenas de su$eción atadas en puntos adecuados de la estructura del mismo. 8o sobrecargar el camión 5asta el punto de e!ista peligro de resbalamiento o desni"elación durante el traslado, luego de recorrer una cierta distancia se debe controlar la tensión de los cables o cadenas de su$eción, para pre"enir el asentamiento de la carga. 1ntes de descargar las barras aseg
Los protectores de 5ilos protegen de la mayoría de los daos que se pueden producir mientras se trasladan, se almacenan o se manipulan para cargarlos.

Las roscas mac5os y 5embras así como sus espe$os son las principales zonas que deben ser protegidas. 8o se debe permitir que estas zonas sean golpeadas contra otros aceros o superficies de igual o mayor dureza, los espe$os daados impedirán un acoplamiento de roscas eficientes, generando una luz entre los espe$os de las uniones roscadas, al unir dos elementos que queden con sus espe$os separados la fle!ión generada en la columna se transmite directamente a las roscas, esta fle!ión o bamboleo genera altas cargas de tensión que se concentran en los radios de fondo de los 5ilos produciendo fatigas de material y su consecuente ruptura, las fatigas una "ez que se Atlas Copco Peruana S.A. Francisco Graña No 150-152, Santa Catalina, Lima 13-Per

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presentan no desaparecen, permanecen en la zona afectada y reaccionan generalmente ante menores esfuerzos .

TRANSPORTE % AL$ACENA$IENTO #E BARRAS #E PER!ORACI&N Las barras de perforación y los adaptadores en general están construidos con grados de precisión tal que requieren de un cuidado durante el transporte y almacena$e, se deben cargar las barras y su$etarlas con correas, o cadenas tomadas desde su centro de gra"edad. %"itando que los espe$os se golpeen entre si o contra otros ob$etos de igual o mayor dureza. Las barras y adaptadores deben estar permanentemente con sus protectores de 5ilos a ambos lados limpios y en buen estado antes de comenzar las operaciones de transporte y almacenamiento. Las barras deben ubicarse sobre bancos de madera o metal a una distancia mínima de +* cm. 'el suelo para e"itar la 5umedad o la contaminación con barro, pol"o, tierra u otro tipo de contaminante. La distancia de los puntos de apoyo entre las barras deben estar entre +.* a .* mts. %ntre si para e"itar que se flecten.

CASOS #E

TIPICOS R"PT"RA #E )ILOS CA"SA#OS POR !ATIGAS #E $ATERIAL


!!

I#ENTI!ICACI&N #E )ILOS $AC)OS % )E$BRAS B.E.C.O % A.P.I.


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LA#O PIN #i-metro A (*(. mm ((+.= mm (-.- mm (2.- mm (-2.) mm (. mm --.+ mm

Roscas B.E.C.O. LA#O BOM #i-metro B (*2.) mm (().2 mm (+*.) mm (2=. mm (-H. mm (=.* mm -=.H mm

TIPO BECO N +B 2 2B F H (*

Roscas A.P.I. Reglar LA#O LA#O TIPO PIN BOM API Reg. #i-metro A #i-metro B N --.- mm -H. mm  +AH )-. mm )).) mm  )AH =*.( mm =*.( mm +B (().2 mm ((=.* mm 2B (2*. mm (2(.- mm B (.( mm (+. mm - AH ()H.- mm (H*.( mm ) AH

#I$ENSIONES % PESOS #E LAS BARRAS #E PER!ORACI&N

#iam. #e 8arras

Long. #e 8arras

Es. de t8os

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$E#ICI&N #E BARRAS Atlas Copco Peruana S.A. Francisco Graña No 150-152, Santa Catalina, Lima 13-Per

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CONTROL #E NI7ELES EN E:"IPOS #E PER!ORACI&N


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TABLAS #E CON7ERSION


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PARA CON7ERTIR 31# 6%84D%4#@S 6.M. 6.M. 7D%S 6;3D6@S %4#@S 6;3D6@S 7D%S LD3#1S 7D% &1L@8%S 7;L&1'1S 7;L&1'1S _DL@@S _DL@@S _DL@%4#@S LD4#@S ! S%&;8'@ LD4#@S LD4#@S 4S. 6;3D6@S ! D8;4@S %4#@S %4#@S DLL1S DLD%4#@S %&1 71S61L%S /7a0 LD3#1S 7.S.D 7.S.D 6;1#4@ &1L@8 6%84D%4#@ 6;1'#1'@ 7D% 6;1'#1'@ 7;L&1'1 6;1'#1'1 %4#@ 6;1'#1'@ 4@8%L1'1 /;S0 4@8%L1'1 %4#D61 O1#'1S _DL@ 8%P4@8

EN 7SD 7;L&1'1S LD4#@S ! S%&;8'@ %4#@S 6;3D6@S ! D8;4@S %4#@S 6;3D6@S 7D%S 6;3D6@S %4#@S _DL@@S LD4#@S DLD%4#@S 6%84D%4#@S 7D%S ! LD3#1S LD3#1S DLL1S 6.M. &1L@8%S 6;1#4@ '% &1L@8 6.M. 7D%S O1#'1S _DL@%4#@S 7;L&1'1 7SD _DL@@S 31# %&1 71S61L%S / pa0 LD4#@S 7;L&1'1 6;1'#1'1 %4#@ 6;1'#1'@ 6%84D%4#@ 6;1'#1'@ 7D% 6;1'#1'@ 4@8%L1'1 %4#D61 4@8%L1'1 /;S0 %4#@S L3S

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TABLA #E LONGIT"#ES


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Manual de Perforación Atlas Copco

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