CURSO_DE_PERFORACION.pdf

7/18/2019 CURSO_DE_PERFORACION.pdf

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

ATLAS COPCO

MANUAL DE PERFORACION




PROLOGO

En las primeras épocas de la perforación rotativa era bastante difícil asegurar la perfectacombinación de los diferentes componentes de una columna de barras de perforación para quecoincidieran en dimensiones roscadas, diámetros, pesos, longitudes, y diseños geométricos.

En la actualidad en el vasto campo de la minería los aceros de perforación se fabrican conformea especificaciones desarrolladas y aprobadas por organismos calificados, certificados y aprobadosinternacionalmente.

ATLAS COPCO THIESSEN TEAM es una compañía fabricante de aceros de perforación para la minería con mas de 100 años de experiencia abasteciendo a los grandescentros mineros, esta trayectoria y experiencia también nos ha permitido participar en todaslas etapas de evolución y desarrollo de los equipos de perforación para la minería de superficie ysubterránea, siendo uno de los primeros en asegurar estándares de calidad bajo especificaciones A.P.I. y B.E.C.O. y procesos de fabricación con certificación ISO-9000- 2001para nuestros

aceros.

Este manual de perforación contiene especificaciones técnicas, recomendaciones de uso operativode los aceros, mantenimiento y cuidado de todos los componentes de la columna de perforación.Su propósito es entregarles a los usuarios, perforistas, mecánicos e instructores un nivel deinformación técnica en un lenguaje simple de tal manera que pueda ser un textol de consultarápida y confiable.

José San Martin V. Especialista de productos ROTARY - B.H.M.T

Atlas Copco Chilena S.A..




CONCEPTOS BASICOS SOBRE GEOLOGIA

La corteza de la tierra consiste en diferentes tipos de rocas que están compuestas de uno o más

componentes químicos o elementos minerales.Los minerales tienen diferentes durezas y se clasifican de acuerdo a su escala de dureza yresistencia a la compresión.Los geólogos describen a los minerales como sustancias naturales inorgánicas, sólidas concomposición química, forma cristalina y propiedades físicas características.La mezcla de minerales forma las rocas, y basados en su método de formación se clasifican entres tipos:

Ígneas Sedimentarias Metamórficas

Las rocas ígneas se forman del magma o silicato líquido fundido, cuando él liquido se enfríarápidamente en o cerca de la superficie de la tierra forma rocas muy finas o de textura vidriosa

denominadas rocas extrusivas.Rocas ígneas extrusivas son, piedra pómez, o pumacina, el basalto, la obsidiana, y la riolita.

Las rocas ígneas intrusivas se forman cuando el magma se solidifica lentamente a grandesprofundidades bajo la corteza de la tierra.Ellas se caracterizan por una textura de grano grueso y a veces grandes cristales, ejemplo:Granito, diorita, y gabro.

Son rocas ígneas intrusivas: Diorita 170 a 300 mpa Gabro 260 a 350 mpa Granito 200 a 350 mpa

El tipo de roca formado depende de la composición química del magma y de los minerales que secristalizan en la mezcla fundida.

El basalto ( extrusivo ) y el gabro ( intrusivo ) se forman de magmas pobres en sílice.Son rocas extrusivas.

Andesita 300 a 400 mpa Basalto 250 a 400 mpa Riolita 120 mpa Traquita 330 mpa

Rocas sedimentarias, las rocas sedimentarias se han formado por alteraciones climáticas de lacorteza sólida de la tierra, la cual se ha desintegrado y sedimentado en los ríos y en el fondo de losmares prehistóricos.

Las rocas sedimentarias se clasifican en clásticas y precipitadas, las clásticas ( quebradizas ) se

forman por la consolidación de arcillas, arenas, restos de conchas y fragmentos de otras rocas,tienen origen clástico la arenisca, los esquistos, y los conglomerados.




Las precipitadas se forman por la precipitación química disueltas en agua, de esta manera seforman el yeso, la dolomita, la caliza, y la sal, ellas pueden incluir algunos materiales clásticos talescomo conchas o fósiles.

Son rocas sedimentarias. Conglomerados 140 mpa Areniscas 160 a 255 mpa Pizarra de grano fino 70 mpa Caliza 120 mpa Dolomita 150 mpa

Rocas metamórficas.Estas rocas se forman de rocas ya existentes, sean estas ígneas, sedimentarias, o previamentemetamorfoseadas, la estructura, la textura y en algunos casos la mineralogía de la roca matrizcambian durante el calor y la presión intensos del metamorfismo.El calor y la presión resultan del profundo entierro en la carcaza terrestre o debido al contactocercano con el magma, las más comunes son. Esquistos, mármol, cuarcita, anfibolita, y calizascristalinas.

Son rocas metamórficas.

Mármol 100 a 200 mpa Neis 140 a 300 mpa Cuarcita 160 a 220 mpa Esquisto 60 a 400 mpa Serpentina 30 a 150 mpa Pizarra 150 mpa

Resistencia a la compresión.Es la cantidad de carga que una muestra de roca podría soportar hasta el momento de quebrarse yse usa generalmente como índice estándar de perforabilidad. Se expresa en: Mpa, kilos por

centímetro cuadrado o en libras por pulgada cuadrada,

La perforabilidad depende entre otras cosas de la dureza de los minerales constituyentes y deltamaño de sus granos.

Uno de los minerales más comunes en la formación de las rocas es el cuarzo y debido a que esmuy duro un gran contenido de el hará que la roca sea muy dura de perforar y causara muchodesgaste a las herramientas de perforación, en este caso se dice que la roca es abrasiva.

El contenido de sílice es mayor en la cuarzita y arenisca y menos en los minerales de hierro yalgunas calizas.Una estructura de grano grueso es más fácil de perforar y causa menos desgaste a los aceros queuna estructura de grano fino.




FUNDAMENTOS Y GENERALIDADES DE LAPERFORACIÓN

El resultado de una operación extractiva dependerá fundamentalmente de sus costos, razón por lacual la perforación es de la mayor importancia en el costo de la remoción de minerales o roca , porlo tanto tratar de rebajar su incidencia en el costo de producción será la principal preocupación delpersonal a cargo del área de perforación y tronadura.

Los factores que influyen en la rebaja de costos de la perforación son variados, aquí presentamoslos mas comúnmente considerados.

Tipo de explosivo a usar. Altura de los bancos. Tonelaje que el explosivo puede remover Tamaño de la perforación, profundidad de los tiros y espaciamiento. Angulo de la perforación Tonelaje promedio a obtener diariamente Capacidad del chancador primario Capacidad de los equipos de carguío y transporte

Aptitud y actitud del personal de perforación y tronadura Experiencias anteriores en tronadura Características del clivaje de la roca Características de perforabilidad de la roca Disponibilidad de los equipos de perforación

¿Cómo eleg ir el eq u ip o ad ec uad o cap az de per fo rar y queb rar cual qu ier tipo de roca?

En realidad considerando las casi infinitas variables de combinaciones, de los componentes de laroca, los tipos de formaciones en las cuales se opera, los objetivos que se persiguen cada vez demayor exigencia con la perforación descartan cualquier opción de contar con un equipo y unmétodo universal para perforación.

La dureza es solo uno de los factores que deben ser considerados en la elección de un método deperforación, cualquier formación puede ser altamente dura o abrasiva, depende solo de suubicación geográfica, en estas condiciones la perforación puede llegar a ser un gran problema.




PERFORACIÓN EN FORMACIONES DURAS, FRACTURADAS O FORMACIONES

INCLINADAS.

Tal vez los yacimientos con mantos muy inclinados sean el peor escenario para una faena deperforación, son en extremo complicados ya que hay perdidas de circulación de aire o agua ,dificultad en la limpieza y atascamiento de la columna de perforación, después de la empataduralas barras tienden a seguir los clivajes o fallas, lo que indudablemente va a dar como resultadotiros torcidos y barras de perforación fatigadas con altos riesgos de ruptura en las zonas de mayortensión como los radios de los fondos de las roscas, las zonas de uniones soldadas o cualquierotro punto de tensión.

Los equipos rotativos tienen una clara ventaja en la perforación de formaciones fracturadas debidoa que el área anular es pequeña y por lo tanto la velocidad de retorno del aire con materialtriturado es muy alta (velocidad de barrido), esto hace que el tiro se limpie antes de que las

partículas 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 aformar anillos alrededor de la columna, lo que puede presentar peligros de atascamiento odificultades para cargar el tiro con el explosivo adecuado.Para controlar este problema podríamos agregar agua o detener la perforación por un ratodejando que el agua se acumule hasta cierta altura para enseguida soplar con todo el aire, estohace que el pozo se limpie dejando las paredes suaves.

En formaciones que tienen mucha agua se presenta un serio problema para los equipos deperforación rotativa ya que su baja presión de aire 40 a 50 p.s.i. a veces no son suficientes paraevitar la formación de una columna estática que reduce la capacidad del aire para levantar elmaterial removido por el tricono desde el fondo del pozo.

La perforación rotativa se introdujo como mejora tecnológica en el año 1909 por su inventorHoward R. Hugues, la nueva herramienta consistía en conos giratorios con dientes cortantesque rodaban en el fondo del pozo y creaban una acción de escopleado o traslapeo, esta nuevaherramienta de conos permitió a las perforadoras rotativas exceder lejos los mejores rendimientosalcanzados en formaciones duras, en esos tiempos aun no se pensaba aplicar el nuevo método ala perforación de minería, solo fueron usadas en exploración geofísica, pozos de agua y porsupuesto el petróleo.

Debido al rápido incremento en el uso de la rotación en la perforación de roca, los fabricantes deperforadoras y de triconos han tenido que ir ofreciendo cada vez mejores elementos.Los fabricantes de triconos por ejemplo han hecho significativos avances en el diseño de losdientes 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 serperforadas económicamente con brocas rotativas.




PERFORACIÓN A PERCUSIÓN.

Es el método usado para hacer una perforación en roca utilizando las hondas de choqueproducidas por una masa que golpea a una broca en rotación o a una columna de barra giratoriaque tiene una broca en el extremo opuesto, la rotación de la broca se produce por uno o másdispositivos de giro, rifle, bar, motor integral, o por un accionamiento externo.

Las perforadoras de percusión se clasifican en dos tipos: Perforadoras de superficies. Perforadoras de fondo o D.T.H.

Las perforadoras de superficie son las mas usadas y se llaman así debido a que el martillo deperforación trabaja sobre la superficie del terreno y la columna o sarta de barras se instala entreeste y la broca de perforación, 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 émbolos o depatas, las perforadoras con drifters, y los stopers que son herramientas que se pueden usar enespacios 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 ángulos, sean horizontal, radial,vertical ascendente o descendente.En este sistema de perforación la energía de impacto transmitida por el martillo a través de lasbarras de extensión debe ser utilizada al máximo de tal manera que la fuerza de avance seaconstante razón, por la cual el equipo de perforación debe estar firmemente posicionado al piso.

Una condición muy importante que los operadores deben tener en cuenta es que las nuevasmaquinas perforadoras tienen una gran energía de impacto lo que permite una alta velocidad de

perforación, en estas condiciones es recomendable disminuir la velocidad de perforación parapermitir que el material removido tenga el tiempo de ser evacuado a la superficie desde el fondo eltiro.En ocasiones es necesario el uso de espuma de flotación cuando el material a perforar es de altadensidad, la espuma de flotación actúa como elemento de flotación permitiendo a los detritus serevacuados por flotación.

Dentro de las desventajas de las perforadoras de superficie están la limitación de las longitudes detiros, por el rango de diámetros y profundidades que pueden cubrir , por ejemplo en tiros de 100mts. de profundidad la energía que se pierde en la sarta de barras reduce severamente lapenetración, el problema de la desviación de tiro puede llegar a su punto mas critico perforando enseco, la limpieza o barrido puede tornarse muy difícil.

El ruido es otra desventaja de las perforadoras de superficie , por el hecho de estar prácticamentea la altura del oído del perforista hace que el nivel de ruidos sobrepase los límites permitidos .

El acero de perforación constituye otra desventaja, puesto que a través de ellos se debe transmitiry absorber toda la energía de impacto a la herramienta de perforación, exponiéndolas a una granconcentración de tensiones y esfuerzos por lo que el costo del acero en los casos de tiros




profundos puede ser muy alto debido a que un alto porcentaje de esta energía no llega a laherramienta de corte.

PERFORACIÓN DE FONDO – DTH (DOWN THE HOLE).

Este sistema trabaja en la parte inferior de una columna de perforación y suprincipal característica es que actúa directamente sobre la roca que debe perforar,esto hace que la eficiencia de trabajo sea mucho mayor ya que a diferencia delsistema de perforación de superficie la energía perdida entre la columna y laherramienta de trabajo se mantiene en un mínimo constante.

Otra ventaja de este sistema es la limpieza de los tiros sobre todo en terrenossecos, esto producto del mínimo espacio anular que existe entre las barras y laherramienta de corte hacen que la velocidad de barrido sea muy buenaaprovechando el aire de escape del martillo de perforación.

El bajo ruido existente es otra ventaja debido a que la percusión del martillo y elescape de los ruidos se efectúan en el fondo del pozo.

Entre sus desventajas esta el riesgo de operar un equipo neumático debajo de lasuperficie, si por accidente o por derrumbe del pozo cae material hacia el fondo seformara un anillo de obstrucción que evitara y/o dificultará la remoción y extraccióndel material removido, en algunas ocasiones esto es hasta imposible con laconsiguiente perdida del martillo de perforación con herramienta incluida y parte dela columna de perforación.

Como principal recomendación se sugiere que si la cantidad de agua bajo lasuperficie es mucha se formara barro demasiado pesado que pondrá en riesgo laoperación por la dificultad de la limpieza del pozo, de la misma forma no se

recomienda este sistema para zonas blandas ni de durezas variables .

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

Diámetro de la perforación.La primera recomendación para una perforación eficiente es que entre el diámetro exterior delmartillo y el diámetro exterior de bit de perforación debe existir una diferencia de diámetro ideal de½” ó 12,7 m/m.

Este es el espacio anular que quedara entre el hoyo a perforar y el martillo de fondo, es suficientepara reducir el riesgo de derrumbe del pozo y suficiente para la evacuación del material cortado porel bit.

Consumo de aire.Para la perforación con martillo de fondo se debe tener en cuenta el aire disponible en loscompresores del equipo, en la medida que los martillos aumentan de diámetro se requiere unmayor consumo de aire pero una menor presión.




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

Equipos de perforación.Las principales características de un equipo de perforación para trabajar con martillos de fondodeben ser el torque para la apropiada rotación, y su capacidad de levante.Los diseños geométricos de los bits de perforación son de una alta importancia para la eficienciade la perforación, es así como existen tres diseños para una adecuada selección.

Cóncava. .Ideal para todo tipo de perforaciones, su vaciado frontal permite guiar la dirección del

pozo, ideal para zonas blandas y semiduras.

Plana. Adecuada para perforaciones en zonas semiduras a duras, tienen más insertos en sufrente lo que permite romper con mayor eficiencia la roca.

Convexa. Permite una mayor velocidad de perforación, su geometría da mayor resistencia a losbotones, 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 causará un desgaste excesivo porproyección de partículas a altas velocidades.

Otras recomendaciones importantes para la perforación con este sistema estàn en el control depeso sobre el bit, se debe considerar que un martillo con percusión en el fondo necesita solamenteel peso suficiente para mantener el bit en el fondo del hoyo, perforar con excesivo peso soloreducirá la vida útil del bit de perforación y aumentará la presión sobe la columna de perforación.

De la misma forma un peso insuficiente tambien es perjudicial ya que si el martillo no estásuficientemente apoyado en el fondo del hoyo la energía de impacto aplicada sobre el pistón noserá transferida adecuadamente al bit.

Una rotación a la inversa o impactos sin rotación pueden ser causantes de desacoplamiento de loshilos de unión entre las barras y/o el martillo, esto tiene un alto riesgo de que las barras se puedancaer al pozo que se está perforando.

Antes de poner en servicio un martillo de fondo se debe ubicar en posición vertical, retirar elprotector de hilos de la culata, presionar hacia abajo la válvula de no retorno y lubricarmanualmente el martillo, con una cantidad de ¼ litro aproximadamente.




Tambien es conveniente confirmar que el bit esté seguro con los retenedores de bit, y comprobarque el sistema de lubricación del equipo se encuentre en buenas condiciones.

DESPIECE DE MARTILLO ( DOWN THE HOLE )




TRICONOS DE PERFORACIÓN.




En el diseño de triconos el factor de control es el espacio disponible debido a que las dimensionesestán limitadas por el diámetro del pozo que debe ejecutarse.Por tal razón los diseñadores deben considerar la proporción de las diferentes partes tales como.

Cojinetes o rodamientos. Espesor del cuerpo de los conos. Tamaño de los botones.

En los triconos se asegura la mayor duración debido a que su diseño permite la máxima utilizacióndel espacio disponible, además el tricono es más efectivo para mantener el diámetro constante deltiro puesto que tiene mayor superficie calibradora.

Los conos están montados sobre un eje derodamientos o cojinetes los que a su vez formanparte de las patas o faldones de los triconos, estaconstrucción integral provee la superficie y resistenciapara soportar las cargas que la actual técnica dediseños y exigencias de perforación imponen sobre eltricono.

La carga o el pulldown sobre la roca es absorbida porlos rodamientos de bolas, de rodillos o cojinetes defriccion ubicados cerca de la base de los conos.Los triconos de diámetros superiores a 12” ¼ tienendos o más rodamientos de rodillos para aumentar sucapacidad de empuje sobre la roca.

Para obtener mayor acción sobre el fondo del pozo serecurre a la excentricidad de los ejes de los tresconos, la excentricidad de los conos se traduce enuna mayor penetración en la mayoría de lasformaciones debido a la acción de escariadoadicional de los dientes del cono.

El valor de la excentricidad de los conos depende de la formación que deba perforarse, pues laacción de escariado en formaciones abrasivas desgasta más rápidamente los dientes, así comotambién el diámetro del tricono.

El tricono, el compresor, la perforadora y todos los componentes de la columna de perforacióndeben complementarse para para lograr la perforación más económica y eficiente.

La formación que se va perforar es la que indica que se necesita de la broca y de los accesoriosde la columna de perforación tales como diámetros de barras espesor de tubo de barras, tipos derecubrimientos antiabrasivos etc.etc.

La experiencia en terreno indica que una velocidad anular de barrido de 5.000 pie/min. Essuficiente para la remoción de los recortes de materiales livianos en la mayoría de los casos, y quepara materiales pesados se necesitaran unos 7.000 Pie/Min o tal vez más.




SELECCIÓN Y USO DE TRICONOS

El rendimiento de un tricono se ve afectado por varias características de la formación incluyendosu resistencia, de todas maneras no existe un método para relacionar estas características

directamente con la selección del tricono.

Quizás la manera más simple de seleccionar el tricono adecuado sea determinar el tipo deformación que se va a perforar, en cualquier caso el método final para determinar el tipo de triconoes la experiencia que esta dando la actual perforación.

En las formaciones muy blandas los pesos se pueden reducir y todavía producir un buenrendimiento, el mejor método de determinar el peso óptimo sobre el tricono es dictado por lapráctica de la perforacion en cada caso.

La velocidad de rotación variará en cada caso entre 50 a 80 r.p.m. el aumento de la velocidad derotación aumentará la velocidad de penetración, pero al mismo tiempo aumentará el desgaste delos rodamientos y la estructura de corte , este efecto deberá ser observado en el proceso de

evaluación de los resultados de variaciones de velocidad.

También en este caso la experiencia de terreno será el mejor camino para determinar la mejorcombinación de los resultados de peso y velocidad de rotación. el diámetro de las toberas de untricono dependerá de eficiencia volumétrica del compresor y de su capacidad de presión deoperación, el tamaño de la boquilla deberá permitir el paso del aire a través de la broca y ademásmantener una contra presión que permita forzar una adecuada cantidad de aire por losrodamientos a fin de mantenerlos refrigerados y limpios, las pruebas de laboratorio y la experienciaen terreno han demostrado que la vida de los rodamientos se reduce por la presencia de agua enla línea de aire, razón por la cual si se usa agua para el control del polvo deberá ser con algunasrestricciones en las cantidades a usar.




CARACTERÍSTICAS DE FALLAS DE TRICONOS Y RECOMENDACIONES

FALLA CAUSAS PROBABLES SOLUCIONES

DESGASTE DIAMETRAL

BROCA INADECUADAVELOCIDAD EXCESIVA ATRAPAMIENTOPOR DERRUMBE DE POZOPERDIDA DE CIRCULACIÓN DE AIREBARRAS TORCIDASCAMBIO A FORMACIÓN CON DIFERENTEDUREZA

BROCA CON MEJOR RECUBRIMIENTO

BAJAR LAS R.P.M.REPASAR LENTAMENTE CON TRICONO USADOVOLUMEN Y PRESION DE AIRE ADECUADAREVISAR Y/O CAMBIAR BARRASLEVANTAR Y REPASAR VARIANDO PESO Y R.P.M.

EROSION DE CONO

BROCA INADECUADAPESO EXCESIVOMALA CIRCULACIÓN DE AIRE

EXCESO DE AGUA

BROCA PARA FORMACIÓN MAS BLANDAREDUCIR PESOREDUCIR SI HAY EXCESO Y SI SE PRODUCE ARENADOUSAR MINIMO POSIBLE.

DESGASTES DERODAMIENTOS

MALA CIRCULACIÓN DE AIREPESO EXCESIVOVELOCIDAD EXCESIVA

CONDUCTOS DE AIRE TAPADOSTERRENO FRACTURADO

CHEQUEAR COMPRESOR Y/O CAMBIAR BOQUILLAS DETRICONOSDISMINIR PESOBAJAR R.P.M.

LIMPIAR CONDUCTOSBAJAR PULLDOWN

DESGASTE DE NÚCLEO( CORING)

EMPATAR SIN AIRE O CON POCO AIREMALA CIRCULACIÓN DE AIRE

MALA INICIACIÓN DE TRICONO

EVITAR ESTA PRACTICACHEQUEAR COMPRESOR Y/O CAMBIAR BOQUILLAS ATRICONOSCON TRICONO NUEVO INICIAR LENTAMENTE Y CONPOCO PESO

QUEBRADURA DEINSERTOS

TRANSPORTE O MANIPULACIÓNINADECUADATRICONO INADECUADO

FALLAS AL INICIOVELOCIDAD EXCESIVACAMBIO BRUSCO DE FORMACIÓNVIBRACIONES EXCESIVAS

MATERIAL EXTRAÑO EN EL FONDO DELPOZO

MEJORAR CONDICION

PONER TRICONO CON INSERTOS CORTOS PARAFORMACIÓN DURAINICIO DE PERFORACIÓN LENTOBAJAR R.P.M.BAJAR R.P..M Y PESOCONTROLAR R.P.M. Y PESO, USAR AMORTIGUADOR Y /OREVISAR AMORTIGUADORLIMPIAR PERFORACIÓN CON HERRAMIENTASRESCATADORAS

PERDIDA DE INSERTOS CONO EROSIONADO MEJORAR CIRCULACIÓN DE AIRE

ENTRABAMIENTOO EMBOTADURA

EXCESO DE PESOBROCA INADECUADA

CIRCULACIÓN DE AIRE INSUFICIENTEEXCESO DE AGUA

DISMINUIR PESOCAMBIAR A TRICONO PARA FORMACIÓN MAS BLANDAMEJORAR CONDICION

CONTROLARLA

CONOS ESTAMPADOSO CON HUELLAS

BROCA INADECUADA

PESO O ROTACION INADECUADA

BARRAS TORCIDASHILOS DEFECTUOSOS

CAMBIAR A BROCAS PARA FORMACIÓN BLANDACAMBIAR PESO Y/O R.P.M.REVISAR BARRASCUIDAR LAS CONEXIONES, USAR GRASA

INSERTOS GASTADOSPOCA PENETRACIÓNBARRAS TORCIDAS

EXCESO DE R.P.M.

AUMANTAR PESOREVISAR BARRAS, CAMBIAR A INSERTOS MAS DUROSBAJAR R.P.M.




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

Vb = C.F.M. x 183,4Ø² Bit - Ø² Barras

Donde :

Vb : es la Velocidad de barrido,C.F.M. : es el caudal de aire del compresor expresado en pie3/min.Ø² Bit : es el diámetro del bit, expresado en pulgadas.Ø² Barras : es el diámetro de la columna de barras, expresado en pulgadas.

Ejemplo práctico.

Que velocidad de barrido se necesita para trabajar con un bit de diámetro 6” ½, una columna debarras de 4” ½ y un compresor con capacidad de 600 c.f.m.

Vb = 600 (cfm) x 183,4=

110,0406-1/2² - 4-1/2² 22

Vb = 5,000 p.p.m.




FORMULA PARA CALCULAR CAUDAL DE AIRE (Q) EN PIE³ /MIN

Q = 27,272 x D² - d²

Donde:

Q : es el caudal de aire necesario para obtener una velocidad de barrido anular de5.000 ppm, expresado en C.F.M. (pie3/min)

D² : es el diámetro del tricono de perforación, expresado en pulgadas.d² : es el diámetro de la columna de barras, expresado en pulgadas.

Ejemplo práctico:

Cuantos CFM se necesitan en una columna de barras de diámetro 8-5/8” y un tricono deperforación de 9-7/8”?

Q = 27,272 x 9-7/8 ² - 7-5/8²

Q = 1.074 CFM




EFICIENCIA DEL AIRE COMPRIMIDO A DIFERENTES ALTURAS

ALTURA PIES Y MTS.PRESION BAROMÉTRICA

P.S.I% DE EFICIENCIA

VOLUMETRICA% DE PERDIDA POR

ALTURA

0 PIES = O MTS. 14.75 100 % 0 %1.000 PIES = 304.8 MTS. 14.20 97 % 3 %2.000 PIES = 609.6 MTS. 13.67 94 % 7 %3.000 PIES = 914.4 MTS. 13.16 91 % 10 %4.000 PIES = 1.219 MTS 12.67 87 % 13 %5.000 PIES = 1.524 MTS. 12.20 84 % 16 %6.000 PIES = 1.828.8 MTS. 11.73 81 % 19 %7.000 PIES = 2.133.6 MTS. 11.30 78 % 22 %8.000 PIES = 2.438.4 MTS. 10.87 75 % 25 %9.000 PIES = 2.743.2 MTS. 10.46 72 % 28 %10.000 PIES = 3.048 MTS. 10.07 69 % 31 %11.000 PIES = 3.352.8 MTS. 9.70 66 % 34 %12.000 PIES = 3.657.6 MTS. 9.34 63 % 37 %13.000 PIES = 3.962.4 MTS 8.98 60 % 40 %14.000 PIES = 4.267.2 MTS. 8.65 57 % 43 %15.000 PIES = 4.572.0 MTS. 8.32 54 % 46 %16.000 PIES = 4.876.8 MTS 8.00 51 % 49 %17.000 PIES = 5.181.6 MTS.

7.69 48 % 52 %18.000 PIES = 5.486.4 MTS. 7.39 45 % 55 %




ROSCAS BECO

Su origen y diseño se desprende del fabricante de equipos de perforación Bucyrus Erie

company, quien junto con diseñar y construir equipos, adicionalmente confeccionó las barras deperforación para lo cual tubo que buscar un diseño tal que cumpliera con las características quepermitieran trabajar bajo condiciones mecánicas de trabajo al limite, su denominación cubreaspectos dimensiónales y de diseño, sus principales características son:

Alta resistencia mecánica para grandes esfuerzos torsionales. Perfil geométrico del triangulo generador de la rosca de gran altura y espesor para resistir

altas cargas de fricción. Angulo de inclinación del cono roscado optimo para resistir esfuerzos alternados de

torsión, tracción, compresión, pandeos y flexiones. Angulo de inclinación del cono roscado y longitud entre roscas óptimos para un

acoplamiento rápido del par torsor. Todas las roscas Beco tienen la misma altura, distancia entre hilos y ángulo de inclinación

del cono roscado hembra y macho. Las roscas beco se construyen en relación al diámetro de la barra de perforación que se

usará. El espejo es la única área de sello de una conexión de barras, los hilos acoplados quedan

con un juego entre sus filetes y las crestas que permiten almacenar la grasa de lubricacióny evacuar residuos que se puedan adherir.

Las roscas beco van desde beco 3 ½ hasta beco 10.




ROSCAS A.P.I.

Su origen y diseño corresponde al American Petroleum Institute En las primeras épocas de laperforación rotativa era muy difícil asegurar la perfecta combinación de hilos entre distintosfabricantes de barras de perforación, motivo por el cual se solicitó al A.P.I. La elaboración de unanorma que incluyera marcas de identificación y características de diseño que aseguraran un altogrado de exactitud.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: Rosca de paso fino, 4 a 5 hilos x pulgada. Angulo de inclinación que facilita su acoplamiento Denominaciones normalizadas a.p.i. Que identifican sus características. Principales fuentes de uso, en triconos de perforación mineros y petroleros y barras de

perforación petroleras.




INSTRUCTIVO PARA ACOPLAMIENTO DE HILOS

Objetivo: Acoplar uniones roscadas, barras, adaptadores superiores y adaptadores de triconos a barras.Riesgos:Montajes de hilos con desgarramiento de aceros, fisuras, quebraduras de hilos, desacoplamiento ycaída desde alturas de elementos por desgastes excesivos de las roscas.

Para acoplar correctamente una unión roscada con hilo B.E.C.O. o hilo A.P.I. siga las siguientesinstrucciones:

1) Asegure y fije el elemento que va a unir con la llave de sujeción hidráulica ubicada en laplataforma de trabajo.

2) Asegúrese de que las roscas a unir estén libres de residuos sólidos, como piedrecillas, restosmetálicos, o residuos de otros materiales, etc.etc.

3) Si se observan residuos extraños se debe remover la grasa contaminada de la zona de unióny reemplazarla por grasa nueva.

4) En toda unión roscada solo se debe engrasar la rosca macho, si se engrasa la rosca hembra elaire de barrido la desplazará hacia el interior de la perforación central de los elementos a unirllevándola hasta el tricono con el riesgo de obstruir sus conductos de refrigeración.




P u l l d o w n

5) Asegúrese de que el alineamiento entre cabezal de rotación y el elemento a unir se encuentrenen el mismo eje, si observa un desalineamiento entre ellos infórmelo a su supervisorinmediatamente, un acoplamiento en esas condiciones genera una alta carga de fricción en losflancos de los hilos, dejando adicionalmente la unión roscada bajo permanente tensión.

6) Una ves engrasada la zona de unión, baje lentamente el cabezal manteniendo una bajarotación y mínimo avance hasta que los conos roscados se topen.

7) Manteniendo la baja rotación y el avance los elementos a unir se comienzan a ensamblar solossin necesidad de forzarlos con Pull Down, las roscas Beco por ejemplo se topan en los espejoscuando han girado tres o cuatro vueltas.

8) Todos los hilos B.E.C.O. sin excepción tienen ½” o 12,7 m.m. de distancia entre sus hilos por lotanto por cada vuelta que se gira se avanza la misma distancia, en el caso de las roscas A.P.I.estas varían de 5,0 m.m a 4,0 m.m de paso dependiendo del diámetro de las barras a utilizar.

9) Una vez topados los espejos POR NINGUN MOTIVO se debe aplicar torque al conjunto, larotación de trabajo es suficiente para iniciar la perforación, esta condición será favorable paracuando se necesite soltar la columna.

10) La frecuencia de engrase depende de la adherencia que tenga la grasa, puede ser cada tres ocuatro pozos, no se debe permitir que se vea el brillo metálico del acero, esta es una señalpara engrasar inmediatamente.

11) No olvide engrasar el hilo Pin de la barra seguidora, esta lubricación favorecerá al adaptadorsuperior de amortiguador a barras esto es muy importante ya que por la posición en que

quedan ambos elementos nunca se lubrican.12) El inicio de la perforación o empatadura también debe ser lenta, hasta que la columna se haestabilizado dentro del pozo y se tengan tres puntos de apoyo, 1° El pozo, 2° La mesa detrabajo con su anillo guía, y 3° El cabezal de rotación.

13) Utilice la llave de sujeción de cadena o mordaza para desacoplar las uniones roscadas, si noestá habilitada o se encuentra en malas condiciones se debe dar aviso a la supervisión.

14) No se deben golpear los elementos para soltarlos, los golpes intermitentes generan fatigas enlos aceros, las ondas de impactos transfieren energía directamente hacia los radios en elfondo de los hilos, los golpes causan micro fisuras que crecen en el tiempo y se transformanen grietas, metalúrgicamente a esto se le conoce con el nombre de “Proceso de fatiga yruptura”.

15) Para desacoplar el conjunto gire lentamente en sentido inverso y con un avance bajo ycontrolado permita que estos se separen lentamente.

FALLAS COMUNES EN LOS ACEROS DE PERFORACIÓN.

Es bien conocido que los metales son más sensibles de fallar bajo cargas de trabajo estáticas quebajo cargas de trabajo dinámicas.Los aceros tienen la capacidad de absorber cargas dinámicas o ciclos de esfuerzos de trabajopor un numero infinito de veces, siempre que los esfuerzos aplicados se mantengan dentro de loslimites de resistencias que les corresponde, esto se observa en el grafico de la figura N° 1 que esun simple ejemplo del comportamiento del acero bajo cargas de trabajo aplicadas y sucomportamiento durante los ciclos de trabajo alternados o repetitivos




El grafico adjunto muestra un proporción entre los esfuerzos aplicados y la resistencia del acero,esta proporción 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 tensión no superael 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 ya pasado desde el punto de elasticidad al punto de plasticidad, a partir del punto “B” de la recta elcolapso del acero será inminente solo depende del tiempo en que esta condición se mantenga.

Un ejemplo clásico es el siguiente:Imaginar un clavo de acero dulce con una resistencia mecánica de 27.000 lbs./ pulg.² el clavo nose romperá cualquiera sea el N° de ciclos que actúen sobre el, sin embargo con 30.000 lbs./pulg.²el clavo se romperá a los 2.000.000 ( dos millones ) de ciclos, y a una tensión de 48.000lbs./pulg.² que es él limite de resistencia elástica el clavo se romperá inmediatamente.

Todas las fallas o rupturas por esfuerzos cíclicos se llaman fallas por fatiga de material.

DAÑOS Y FALLAS POR FATIGAS QUE AFECTAN A LAS BARRAS DE PERFORACIÓN.

Las velocidades críticas de rotación y altas cargas de empuje sobre el tricono de perforacióncausan vibraciones y a menudo son las causantes del rápido deterioro de las barras, sea pordesgastes excesivos o fallas por fatigas.Está comprobado que bajo condiciones criticas de perforación, sea por formaciones duras y porderrumbes de pozos se requiere aplicar una mayor potencia del equipo a los aceros deperforación, esta necesidad de aplicar mayor potencia del equipo a los aceros es la evidencia deque los operadores están trabajando bajo condiciones criticas.

Fallas Por Tracción.Las fallas por tracción se pueden producir mientras se esta tirando de las barras de perforaciónaprisionadas en un derrumbe del pozo.En la medida que el esfuerzo de tracción sobre las barras exceda el limite de fluencia del acero elmetal 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 hilos, estas son las zonas demayor concentración de tensiones.

Fallas Por Fatiga.La falla por fatiga es la más común entre las barras deperforación, también esta visto y demostrado que es la

menos comprendida por los operadores y en general porla gente ligada a la perforación, generalmente los análisisy conclusiones a los que llega la gente en terreno sonincorrectas porque se confunden las causas y efectosque actúan en un proceso de fatiga.

En primer termino se debe tener siempre presente queuna fatiga y ruptura es un proceso que evoluciona en eltiempo, la rapidez de inicio y termino de un proceso fatigay ruptura depende solamente de las condicionesextremas en que se esta desarrollando, un ejemplocaracterístico e inevitable de un proceso de fatiga yruptura que esta en desarrollo y que solo es cosa de

tiempo para que se produzca el colapso es la curva depandeo extrema a la que se somete la columna deperforación cuando la zona de perforación es dura ,alterada, con fallas o grietas.

También se generan fatigas de material cuando las condiciones mecánicas de los equipos no sonlas mas adecuadas tal es el caso de las torres de perforación deformadas, con desviaciones odesnivelaciones, tornamesas de trabajo defectuosas, con desgastes, cremalleras o correderas decabezales con desgastes etc.etc.

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.

Debemos insistir en que el mecanismo de falla por ruptura es progresivo en el tiempo, su procesocomienza con una pequeña deformación submicroscopica de los átomos del acero y producto deesfuerzos mecánicos alternados se genera calor , bajando la resistencia cohesiva de loscomponentes de la estructura del acero, este fenómeno a suvez va formando micro fisuras que se van uniendoprogresivamente hasta hacerse visibles, la dirección que lagrieta toma es transversal al eje del cuerpo que esta siendoafectado, esta es la razón por la cual las fallas ocasionadaspor grietas producidas por fatigas siempre soncircunferenciales.

En todo acero de perforación la composición química, sumicro estructura, la terminación mecánica de sus superficiesy las propiedades mecánicas del acero determinan su límitede fatiga.




De manera aproximada el acero de las barras de perforación tiene una resistencia a la fatigaigual a la mitad de su resistencia a la tracción, por otro lado las entalladuras producidas por laforma geométrica de su diseño 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 flexión.Los esfuerzos mas criticos son los de compresion y pandeo, la magnitud de cualquier esfuerzose acrecienta por efecto de las vibraciones, las que a su vez son las causantes de los sobreaprietes de hilos en las columnas de perforación, de aquí la importancia de contar con un buendiseño de amortiguador de impactos y vibraciones.

Una interpretación negativa de una falla producida por fatiga es que el acero se cristaliza, enrealidad todos los aceros tienen una estructura cristalina , en el caso de las fallas el tamaño de loscristales no varia y la ruptura o grieta es transversal a los planos del cristal , la apariencia frágilque 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 perforación sedeben considerar las siguientes.

Al iniciar la perforación las R.P.M. y el PullDown deben ser lentos permitiendo quela columna se estabilice y así reducir las curvas de deformación por pandeos.

El control de la empatadura lenta y progresiva es recomendable mantenerla hastalos primeros dos metros de profundidad.

Los puntos de apoyo de la columna que reducen el pandeo y las vibraciones son,la pared de la perforación, la mesa de trabajo con su anillo guía y el cabezal derotación del equipo.

Está comprobado que una mala empatadura de la perforación solo generará tiros torcidos,tensionando de manera permanente la columna de perforación, el tricono de perforación tambiense ve afectado ya que su rotación o giro no será uniforme y su estabilidad en el fondo del hoyoafectará siempre a un cono mas que a los otros, adicionalmente los tiros desviados provocan

espaciamientos entre ellos que alteran la fragmentación de la roca lo que puede ser un problemaserio para su carguío y su remolienda.

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

Steel (Naranjo) Alloy (Burdeo)

Especificación ASTM – A106 ASTM – A519

Grado B 4140 Templado y Revenido

Condición Acabado en caliente Acabado en caliente

Limite elástico 35.000 lbs / pulg² 90.000 lbs / pulg²

Limite a la tensión 60.000 lbs / pulg² 120.000 lbs / pulg²




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

Carbono 0,30 (máximo) 0,38 a 0,40

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

Fósforo 0,048 (máximo) 0,04 (máximo)

Azufre 0,058 (máximo) 0,04 (máximo)

Silicio 0,100 (mínimo) 0,15 a 0,35

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

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

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

ASTM A519 grado 4140, es un tubo que dimensionalmente es más 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 lasbarras.

Fatiga por entalladura, que es una ruptura asociada a una entalladura de tipo mecánicaproducto de la forma geométrica del elemento o causada por un elemento extraño en laperforación.

Fatiga por desgaste, que se produce por la erosión o abrasión a que ha estado sometidoel elemento durante sus ciclos de trabajo.

PROBLEMAS FRECUENTES EN LA OPERACION Y USO DE LOS ACEROS DEPERFORACION

PROBLEMA ORIGEN SOLUCION

Desgaste prematurode hilos

Excesiva rotación, excesivo PullDown,falta de lubricación, baja frecuencia delubricación, desalineamiento de cabezal.

Bajar rotación y Pull Down al mínimo, aumentarfrecuencia de lubricación, corregir desviación de cabezalde rotación.

Ruptura de hilos Piny fisuras en hilos Box

Pandeo excesivo en la columna, golpescontra la llave de servicio.

Reducir PullDown al inicio de la perforación, no aplicartorque a la unión de barras para evitar el sobre apriete yposterior golpe contra la llave de servicio.




Dobladura de barras Movimiento del equipo con barras en elpozo, desviación de cabezal de rotación,torres desniveladas, exceso de Pull Downcon barras gastadas.

Antes de mover el equipo asegurarse de retirar las barrasdel pozo, corregir desviación de cabezal de rotación,corregir verticalidad de torre y confirmar con niveles decabina, reducir PullDown con barras gastadas y sobretodo en formaciones duras.

Cortadura de barrasPull Down excesivo con barras gastadas,pandeo extremo en barras gastadas,entalladuras por roce en el acero.

Reducir PullDown con barras gastadas y sobre todo enformaciones duras, retirar del equipo barras que conentalladuras ocasionadas por fricción contra rocas duras

Ruptura de anillosguías

Golpes contra barras torcidas, golpescontra Deck Hole con deformaciones odesgastes.

Retirar barras torcidas de la perforadora, reparar DeckHole.

Desgastesasimétricos deanillos guías

Perforación con barras torcidas, anillostrabados por suciedad interior, sedimentosen el interior, Deck Hole en mal estado.

Retirar barras torcidas de la perforadora, reparar DeckHole, retirar y destrabar anillos guías con líquidoslubricantes.

Amortiguadores enmal estado

Desgastes de piezas, fugas de aire,montaje defectuoso.

Retirar amortiguador y reemplazar por uno en buenestado, corregir montaje.

Vibraciones en lacolumna

Tricono en mal estado, Triconoinapropiado, formación demasiado dura,falta de PullDown, exceso de rotación.

Cambiar tricono, instalar tricono apropiado, aplicarPullDown gradualmente, reducir rotación gradualmente.

Sobre apriete enhilos

Vibraciones en la columna, pandeosexcesivos, falta de lubricación en los hilos.

En columna single pass desacoplar barras cada dosturnos para eliminar tensión de los espejos y reengrasar.

Daños en hilos detriconos

Acoplamiento defectuoso,desalineamiento de la columna, mesadesnivelada, llave corta triconos en malestado, golpes contra los hilos.

Controlar alineamiento de cabezal de rotación, reduciravance y rotación al mínimo, verificar estado de DeckHole y de llave corta triconos y corregir de ser necesario.

Desviación de tiros Empatadura defectuosa, desnivelación detorre, torre torcida, gatos hidráulicosdefectuosos.

Corregir nivelación de torre y verificar con niveles decabina, reparar defectos en torre de perforación, corregirdefectos en gatos hidráulicos.

Atrapamiento decolumna dentro delpozo

Perdida de aire a través de grietas,formación de lodo en el fondo del pozo,derrumbe de pozo, escariado de lasparedes del pozo.

Inyectar agua o aditivos a la perforación para estabilizar y/o sellar las paredes, repasar la perforación para limpiar elfondo del pozo, retirar estabilizador para eliminarescariado de pozo en formaciones blandas, gravas,arcillosas o sedimentarias.

Desgastesprematuros enbarras

Columna torcida dentro del pozo, pozodesviado, desnivelación de equipo, excesode presión de barrido.

Retirar columna torcida, controlar Pull Down al iniciar laperforación, controlar estabilidad del piso de laperforadora, regular aire de barrido en el compresor onobles de los triconos.

ESTÁNDARES CON NORMAS Y PROCEDIMIENTOS PARA EL USO DE EQUIPOS Y ACEROSDE PERFORACIÓN.

Es claro que las gerencias y/o superintendencias de cada faena minera son dueñas de suspropios manuales e instructivos de perforación por lo tanto también responsables de ellos, elpresente manual de perforación Thiessen solo pretende destacar las características básicas yfundamentales que los operadores deben considerar en cualquier proceso de perforación en loscuales participan.




Condiciones De Trabajo Del Area De Perforación.Toda área de trabajo segura para la operación de perforación, debe considerar los riesgosasociados a ella, tale como, Taludes, caras libres, Charcos de agua, Galerías subterráneas, estoincluye, las estacas indicando grados de pendientes e información de riesgos que puedan existir.

El 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 tronadura y debe cumplir con lossiguientes estándares.

Pisos.El piso como área de perforación debe ser uniforme, sin obstáculos, ondulaciones, ni formasirregulares, debe estar libre de material suelto y contar con un fácil acceso.Del mismo modo debe contar con drenajes que eviten su inundación por lluvias o por filtraciones.

Bermas de seguridad.Deben existir bermas de seguridad al borde de la cara libre del banco de aprox.1,5 mts. De alto xun metro de ancho y a 4 mts. De la primera fila de pozos.

Señalización:

Una vez terminada la malla de perforación debe colocar avisos de “Zona de perforación” . Asegúrese que los avisos se mantengan visibles, se deben colocar a una distancia de ocho metrosde las estacas separados entre si por 30 mts.La señalización del área de perforación debe mantener los cables eléctricos aéreos, si existen, porfuera de esta área.En caso de que el cable aéreo pase por el área de perforación se deben colocar avisos de lado ylado del cable de tal manera que el equipo de perforación nunca perfore debajo de este.

Demarcación de profundidad:Las estacas de localización de los pozos a perforar deben ser de una altura máxima de 30 cms. eindicar la profundidad del pozo en mts y deben ser visibles en la noche.La información registrada en las estacas debe quedar de frente al sentido de entrada a perforar enel equipo de perforación.

Cables eléctricos.Los cables eléctricos de equipos ajenos al área de perforación deben estar distanciados por lomenos 10 mts.Las áreas señalizadas por avisos de perforación no deben contener cables eléctricos aéreos.

Áreas En TaludLa pendiente máxima del área en talud, después de preparada, debe ser menor a 18 grados.Las áreas en talud deben ser uniformes , sin ondulaciones ni formas irregulares, libres de materialsuelto, en caso de rampas en desuso deben estar libres de material triturado, cuando se tienentaludes con pendientes mayor a 18 grados se debe hacer una plataforma en la cresta del talud y searregla el pie del mismo.

El pie del talud debe permanecer libre de material, si la preparación es hasta la mitad del talud, sedeben dejar salidas cada 10 mts. Aprox.




Esta área también debe contar con drenajes para acumulación de aguas por napas o acumulaciónde lluvias.

ESTÁNDARES DE SEGURIDAD DE UN EQUIPO DE PERFORACIÓN.

Se debe contar con los equipos de perforación en optimas condiciones de uso para realizar laoperación de perforación considerando los riesgos inherentes a la operación con ellos, estosriesgos pueden ser los siguientes, Incendios, volcamientos, accidentes por atrapamiento de partesen movimientos, golpes contra puntos expuestos del equipo, caídas desde altura etc,etc.Por tal razón los operadores de estos equipos siempre deben tener presente que los estándaresde operación de un equipo son el conjunto de requisitos que este debe cumplir para ser operadoen el área de la mina de manera segura para el.Los equipos se deben operar idealmente sobre terrenos planos, si entran a mantención deben serubicados en áreas despejadas de movimiento y libre de cables eléctricos, sus orugas no debentener cadenas con exceso de tensión, el equipo no se debe instalar en la dirección de rumbo aperforar, asegure como mínimo la nivelación horizontal o lateral del equipo con los cilindros denivelación cercanos a la cabina y siempre que se pueda con todos los gatos. Antes de iniciar la perforación compruebe con los niveles de cabina y el diagrama de volteo del

equipo que no está sobrepasando los grados de inclinación máximo permitidos para la condiciónen que se encuentra.

Perforación De Pozos.La perforación de pozos es el objetivo y tarea principal del operador del equipo, esta se debeejecutar de forma segura y eficiente, el trabajo se inicia cuando el operador instala el equipo enposición en el lugar indicado y termina cuando se ha sacado totalmente las barras de perforacióndel pozo perforado.Procure no operar el equipo dentro de un área de carguio, en el evento que se requiera avise al

jefe de turno o jefe directo del área y tome todas las medidas preventivas establecidas según elestándar de la mina.

Pasos a seguir:1. Ubique el equipo en posición de trabajo en el lugar señalado por las estacas, de acuerdo al

plan, perfore en orden ascendente y en filas completas.2. Nivele el equipo con los gatos y déjelo descansar sobre ellos, trate de dejar las orugas

haciendo contacto con el suelo.3. Levante la torre de perforación y verifique que quede asegurada.4. Retire la primera barra desde el cargador.5. Baje la primera barra (Patera o iniciadora) hasta que toque el suelo, aplique aire y rotación

y aumente gradualmente la presión y el empuje.6. Aplique agua si las condiciones lo exigen.7. Tenga en cuenta el tipo de material y condiciones del area a perforar, a mayor dureza

aplique mayor presión de empuje y menor rotación, en terrenos blandos aplique menorpresión de empuje y mayor rotación, con base en lo anterior gradué la válvula de empujeautomático si el equipo la tiene disponible.

8. Cuando el extremo superior (Lado de hilo Pin) de la primera barra llegue hasta laplataforma de trabajo del equipo, asegúrela con la llave de sujeción.

9. Si la profundidad del pozo es mayor a la longitud de la primera barra se requiere el uso deuna segunda barra ( Seguidora ), centre el cargador de barras con el cabezal de rotación,

10. tome la barra haciendo rotar y avanzar lentamente el cabezal de rotación y continué conla perforación.




11. Pare la rotación y el avance cuando el cabezal llegue a los topes inferiores de la torre deperforación.

12. Cuando haya llegado a la profundidad del tiro especificada, detenga primero el empuje,luego el avance y finalmente el aire y/o agua, sostenga la barra ( Seguidora ) con la llavede sujeción y desenrósquela lentamente con baja rotación y bajo avance, luego guárdelaen el cargador de barras, posteriormente y en las mismas condiciones tome la primera

barra ( Patera ) guárdela y cierre el cargador, en terrenos blando o de fácil derrumbelimpie el pozo con el aire de barrido aplicándolo desde el fondo.

13. Anote en la hoja de registro la profundidad real perforada.14. Verifique que la llave de sujeción esté totalmente retraída y guardada cuando levante las

barras.15. Levante los gatos hidráulicos de soporte, libere los frenos y mueva el equipo hacia el

siguiente pozo a perforar.16. Verifique que las barras estén totalmente enroscadas al cabezal de rotación antes de

levantarlas del pozo perforado.17. Verifique esporádicamente la profundidad real perforada, este debe ser a la especificada

mas-menos 0.50 mts.18. El equipo de perforación puede desplazarse con la torre de perforación en posición vertical

dentro del área delimitada por los avisos de seguridad si el terreno está plano y las

condiciones lo permiten.19. Ponga la torre de perforación en posición horizontal para trasladar el equipo cuando las

condiciones de terreno sean irregulares o no den seguridad para el traslado en posiciónvertical

20. Permanezca en la cabina mientras esté perforando.21. Verifique permanentemente el estado de los triconos y los aceros de perforación, barras,

adaptadores, anillos guías, tazas porta barras y amortiguadores.22. Este atento y reporte cualquier anormalidad mecánica o eléctrica que observe durante la

operación.23. Aplique grasa lubricante cada cuatro o cinco pozos a los hilos de cada acero de

perforación que se necesite acoplar.24. Totalice los metros perforados, tiempos de paradas, tiempos de espera y operativos al final

de cada turno e informe a su supervisor.

Perforación de Pozos en Pendientes.En estas condiciones de perforación al trabajar con el equipo en planos inclinados las medidas deseguridad deben ser extremadamente rigurosas, el principal riesgo es el volcamiento, por tal razónel operador debe tener especial cuidado y atención en la información que debe recoger en el áreade trabajo, por ejemplo, debe observar la estaca que señala 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:




1. Determine la pendiente del talud, no perfore cuando el ángulo sobrepase los 18°.2. Asegúrese de que el área se encuentra libre de material suelto y seco superficialmente.3. Instale el equipo con la cabina mirando siempre hacia la parte del talud, nivele el equipo

con los gatos delanteros y ajuste los traseros para colocar el equipo en el ángulopredeterminado.

4. Ponga la torre en el ángulo requerido, una vez en posición asegúrelo con el pasador del

seguro de inclinación.5. Inicie la perforación siguiendo el procedimiento antes indicado.6. Debe haber supervisión permanente cuando el talud a perforar es hacia la cara libre, ya

que eventualmente se pueden deslizar las capas hacia el vacío.

Perforación de pozos bajo el agua.Esta condición es tal vez una de las mas complejas dentro de las tan variadas condiciones deperforación, para ello el operador del equipo deberá tener necesariamente un grado deexperiencia tal que le permita detectar y tomar decisiones de manera rápida y eficaz dado a quepor la condición de trabajo bajo el agua la condiciones y los aceros de perforación no son fáciles decontrolar como en los casos de pozos secos, deberá sumar a su capacidad técnica su intuiciónpara sentir y detectar otros tipos de reacciones, sonidos y nuevas e impredecibles variables.Las necesidades de disponer del aire necesario varían conforme las condiciones de diámetros,

profundidades del pozo y tipo de terreno.Cuando se está perforando con un tricono o un martillo de fondo se necesita una mayor cantidadde aire para limpiar el pozo, a esto se le conoce con el nombre de “Presión de descarga”. Una columna de agua 30,5 mts. Necesita de 43,5 p.s.i. De contra presión para ser levantada.Un pie es equivalente a 0.304 mts.y tambien es equivalente a 0.434 p.s.i.Las normas para estos casos señalan que por cada 100 pies, es decir 30.5 mts de agua en el pozose necesitan 43.5 libras de presión para vencer la columna de agua.

Una vez vencida la presión hidrostática la presión de aire se aplicará a la operación sea con triconoo con martillo de fondo.

Si el aire no fuera suficiente para vencer la presión hidrostática de la columna de agua serecomienda el uso de equipos auxiliares para inyectar aire como compresores en paralelo o

Booster.

ELEMENTOS QUE COMPONEN LA COLUMNA DE PERFORACIÓN

La columna de perforación es uno de los componentes más caros de un equipo de perforación, porlo que su duración determinará si su inversión económica ha sido amortizada o a originadopérdidas a la compañía.

AMORTIGUADORES.




El amortiguador de vibraciones o de impactos, es uno de los elementos más importantes en elconjunto de la columna, su trabajo consiste fundamentalmente en absorber parte de la energíaliberada por el tricono de perforación que no ha sido utilizada en romper la roca.

Considerando la evolución tecnológica de losaceros de perforación y la constante exigencia

por mayor productividad en las minas, esteaccesorio es parte vital para un buendesempeño en la operación.Un buen diseño de este accesorio es aquel quetiene incorporado como elemento principal ensu estructura una gran masa amortiguadora deimpactos que absorba golpes y vibraciones nodeseadas que provocan daños a los equipos yafectan a la perforación.

Los efectos directos más frecuentes en laoperación por un amortiguador defectuoso o porla ausencia de este son las sgtes.

Daños en el tricono de perforación,rotura de botones y daños enrodamientos.

Daños en rodamientos de cabezal derotación, ejes de transmisión, dientesen conjuntos de engranajes.

Daños en la estructura de las torres de perforación y puntos de uniones soldadas. Desviación en el rumbo de la perforación. Vibraciones excesivas en cabina de control.

Los daños antes señalados son generados por las solicitacionesmecánicas que actúan de manera constante o alternada sobre la

columna de perforación y transfieren energía a través del triconohasta el amortiguador de vibraciones e impactos.

Definiremos de la forma más simple posible cada una de estassolicitaciones mecánicas también llamadas esfuerzos mecánicos eindicaremos como actúan en una columna de perforación.

DESPIECE DE UN AMORTIGUADOR DE IMPACTOS YVIBRACIONES.




Vibraciones:




Son de tipo vertical y rotativas, las vibraciones tal vez sean las que más daños ocasionan debido aque son absorbidas por la estructura y componentes que están en movimiento durante la fase detrabajo, generando inevitablemente en el tiempo fatigas de materiales, las vibraciones se debenentender como la energía que se ha transformado y que no fue utilizada por el tricono en laperforación.Los rodamientos, engranajes, cadenas de transmisión, puntos de uniones soldadas, soportes de

fijación, pasadores, bujes . Son los componentes mas afectados por las vibraciones , cuandoestas vibraciones son directas y permanentes los daños pueden ser frecuentes, por lo tanto loscostos por reparaciones también tienen un alto costo.

Pandeos.Se asocian directamente a las cargas de compresión, pero por definición el pandeo es una flexióncompuesta.El efecto de pandeo se presenta solo cuando los cuerpos que soportan la compresión sonexcesivamente largos en relación a sus diámetros, es el caso de una columna de barras, siemprese debe considerar que la resistencia al pandeo es función del espesor de las barras y sudiámetro.Generalmente se confunde con el efecto de la flexión.

Flexiones.Estas se producen por efectos de esfuerzos paralelos aplicados al eje central de la columna deperforación, ejemplo de esfuerzos paralelos tenemos cuando los cabezales de rotación estándescentrados, cuando las empataduras quedan desviadas, cuando los anillos guías y/o sus mesasestán fuera de medidas, también se presentan cuando las cremalleras de las torres de perforaciónestán con desgastes y los cabezales de rotación se deslizan de forma deficiente.

Compresión y tracción. Ambos esfuerzos se presentan cuando las cargas o fuerzas aplicadas al tricono de perforaciónpasan por el centro de la columna o por su eje, por ejemplo, el pulldown es una carga decompresión y el pullback es una carga de tracción.

Torsión.La rotación necesaria que se transmite desde el cabezal de rotación través de las barras hacia eltricono de perforación genera un efecto torsional, para acoplar las barras entre sí o el tricono aladaptador se necesita un movimiento de torsión o de giro, esta fuerza actúa totalmenteperpendicular al eje de la columna de perforación y es la que junto a la compresión permiten altricono penetrar en la roca y triturarla.

ADAPTADORES SUPERIORES.




La columna o tren de barras continúa con los adaptadores superiores que como primera funciónpermiten acoplar elementos con diferentes uniones roscadas, como su nombre lo indica adaptandiferentes tipos de roscas o pueden adaptar elementos de diferentes diámetros, adicionalmenteestos adaptadores cumplen una segunda función como elementos de desgastes, impidiendodaños en los hilos de los spindler de los cabezales de rotación y en los hilos de losamortiguadores.

La lubricación en los hilos de unión hacia las barras es fundamental para prolongar su vida útil,solamente los hilos machos de los adaptadores se deben engrasar, los hilos hembras no seengrasan porque el flujo de aire los impulsa al fondo de la columna y pueden obstruir las toberasde refrigeración y lubricación de los triconos.

Los adaptadores, así como los otros componentes de lacolumna son fabricados en aceros de alta resistencia,razón por la cual se debe evitar al máximo aplicarsoldaduras para fijarlos a los amortiguadores, uncalentamiento excesivo en las zonas de unión con elamortiguador provoca revenidos en el acero alterando suestructura metalografía y alterando su resistenciamecánica.

El punto de fusión de un arco de voltaico esta entre los4000° a 5000° c. Estos choques térmicos producencambios estructurales en las zonas inmediatas a loscordones de soldaduras.

Si se considera como opción la practica de soldarplanchas de seguridad en estas zonas para evitar eldesenrosque de los elementos se debe tener en cuentapor parte de los soldadores tres aspectos básicos yelementales.

1. Precalentar la zona de unión a temperaturas entre250° a 300° c.

2. Una vez aplicada la soldadura proteger laszonas soldadas con mantas térmicas para evitarlas contracciones violentas por corrientes de aire.

3. Por ninguna cirscuntacia soldar la unión roscadapor los espejos de las mismas.

Las planchas de seguridad que eventualmente se podrían soldar pueden ser dos , tres o cuatrodistribuidas simétricamente y de las mismas dimensiones.

BARRAS DE PERFORACIÓN




Inmediatamente debajo de los adaptadores superiores se ubican las barras de perforación, sepueden definir como elementos de extensión y de unión que transfieren la energía de rotación yempuje desde el cabezal de rotación a la herramienta de corte o tricono de perforaciónconduciendo internamente el aire necesario para generar la evacuación del material cortado desdeel fondo de la perforación a la superficie.Las longitudes, los diámetros, los hilos y sus diseños obedecen exclusivamente al tipo de maquina

en que serán usadas.

A excepción de algún accesorio especial, no hay otro elemento en la columna deperforación que esté sometido a condiciones de trabajo tan extremas y severascomo las barras de perforación.Por tales motivos para la confección de esta vital herramienta de perforación sedeben combinar la experiencia de los ingenieros de diseño con la total cooperaciónde los usuarios en terreno para conseguir el máximo de rendimiento de estoselementos beneficiándose al extender su vida útil.

Cada barra de perforación tiene una identificación única e irrepetible para hacer unseguimiento durante el periodo que dure su vida útil, utilizando esta información elfabricante puede realizar mejoras a su diseño y adaptarlo a las condiciones de

terreno.

Las barras de perforación no obedecen a un estándar de fabricación, este dependecomo se ha señalado principalmente del terreno donde se usaran, básicamente sudiseño consiste en un tubo de unión entre un terminal con rosca macho y un terminalcon rosca hembra, razón por la cual la vida útil de las barras se mide por eldesgaste que gradualmente va sufriendo la pared de dicho tubo.Independiente de lo anterior, las barras se pueden especificar por el espesor depared del tubo señalado, cuando las condiciones de dureza de roca exigen unamayor energía de empuje se necesita que las barras puedan tener una mayorresistencia a las cargas de compresión, por tal razón su espesor de pared debe sernecesariamente mayor.

Dada La Importancia Y Alto Costo Que Pueden Tener Las Barras DePerforación Daremos Algunas Recomendaciones Para Su Uso Y Selección.

En una columna de perforación siempre es recomendable el uso debarras de una misma marca.

En general siempre serán recomendable las barras de pared másgruesa, sin embargo por el mayor peso esta recomendación estarálimitada a la capacidad de la perforadora.

Considerar en la selección de barras la capacidad de levante de laperforadora.

Tamaño y profundidad del tiro. Volumen medio de circulación de aire.

Cargas de torsión, tensión y compresión. Disponibilidad de llaves de sujeción. Logística para el transporte y manipulación. Condiciones de manutención y cuidado.




ADAPTADORES DE TRICONO (BIT SUB)

En la parte inferior de la columna de perforación se ubican los adaptadores de tricono a barras queunen las barras de perforación con los triconos de perforación, su función es similar a losadaptadores superiores, en algunos casos deben unir elementos con roscas diferentes, pero nuncaunir elementos con diferentes diámetros.

Es el elemento de una columna que esta expuesto a las másseveras condiciones de desgastes por abrasión las que seoriginan en el fondo de la perforación.

Históricamente los adaptadores de triconos cumplíanfunciones de estabilizadores de la columna de perforación,para lo cual se confeccionaban con rodillos giratorios oaletas de aceros antiabrasivos dispuestas en sentidolongitudinal o helicoidal.

El rápido desarrollo de la ingeniería en la construcción denuevos triconos de perforación trajo como consecuencia un

aumento en la velocidad de la perforación, llámese aumentode r.p.m. Y carga sobre el tricono mismo, razón por la cual lacantidad de material removido debía ser extraída desde elfondo del pozo en el menor tiempo posible con el propósito demantener limpio el frente de corte.

Al evacuar el material removido también se disminuye lagran turbulencia que va gastando los faldones del tricono, elcuerpo del adaptador y de manera ascendente el resto de loscomponentes de la columna, el desgaste de los faldones deltricono y el cuerpo del adaptador es ocasionado por lamencionada turbulencia y remolienda del tricono al repasar laspartículas más pesadas que no alcanzan ha ser levantadas

por el aire de barrido.El flujo de material turbulento que se ubica en el fondo de laperforación es causado por el aire a alta presión que saledesde las toberas del tricono, las tres toberas de barrido masla rotación necesaria para la ruptura y remoción del materiala cortar son los que generan la turbulencia.

Esta turbulencia pasa a un flujo de evacuación la minarcuando ya se encuentra aproximadamente a una altura de unmetro desde el fondo del pozo.

Una alta velocidad de barrido solo aumenta la turbulencia del material y acelera el desgaste de losaceros, por otro lado cuando la cantidad de agua utilizada para controlar la emisión de polvo esexcesiva, el daño a los rodamientos de los triconos es inminente así como el efecto de arenado enlos aceros de perforación.




Por las condiciones de trabajo mencionadas es que el estabilizador de rodillos y/o de aletas fuereemplazado por un cuerpo liso, es decir la geometría del adaptador o bit sub debería ser perfiladade tal manera que presentara la menor resistencia posible a la evacuación del material removido aaltas velocidades.

Tal como lo hemos señalado las mayores exigencias en términos de mayor productividad en loscentros mineros trajo consigo la evolución tecnológica en los diseños de los aceros de perforación,de tal manera que la rentabilidad o bajo costo de los mismos hoy DIA es un factor clave para elanálisis técnico económico de cualquier proyecto minero, razón por la cual los fabricantes deaceros de perforación para la minería han debido hacer uso de nuevas técnicas de fabricación quepermitan aumentar la vida útil de los elementos con el propósito de controlar el valor del metroperforado llevándolo a l menor costo posible de obtener en razón de aumentar la vida útil de cadaelemento.

Por esta razón es que en el caso de los adaptadores de triconos principalmente se están utilizandorecubrimientos antiabrasivos como protección al desgaste por erosión y fricción que son lasúnicas causas de desgastes que los afecta, estos recubrimientos pueden ser fundamentalmenteen base a depósitos con aleaciones de carburos de cromo o depósitos con carburos de tungsteno,

la elección de uno u otro pasa por un análisis técnico – económico que permita ofrecer la mejoralternativa al usuario.En cualquiera de los casos se usaran indistintamente tanto en adaptadores de triconos como enrecubrimientos para los terminales de las barras sean pin o box.




ANILLOS GUÍAS 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 aser altamente incidente si no se controla debidamente su uso en la operación, los principalesdaños se producen por golpes que reciben a través de la columna de perforación cuando elterreno que se está perforando es muy duro, en estas condiciones de perforación las barras estànsiendo sometidas a una gran carga de empuje lo que a su ves da origen a grandes curvas depandeo que asociadas a la rotación en conjunto con las vibraciones son los mayores causantesde golpes y daños en los anillos guías.

El diseño de estos accesorios considera que su buje interior gire sobre dos o tres pistas derodaduras en las cuales estàn las bolas de acero que permiten la rotación del buje interiorreduciendo su coeficiente de roce, la cantidad de pistas de rodadura depende del diámetro delanillo guía y por consecuencia del diámetro de las barras de perforación.

Los cuerpos exterior e interior de los anillos guías se fabrican en aceros de alta resistenciamecánica con tratamientos térmicos, sin embargo las durezas que estos alcanzan en las pistas derodaduras así como la dureza de las bolas no pueden ser mayores debido a los impactospermanentes a que estàn expuestos, una mayor dureza solo afectaría su vida útil ya que laresistencia a los impactos se reduce notablemente.




Los anillos guías montados sobe rodamientos tienen una importancia vital en la verticalidad de lacolumna de perforación, si los tiros a perforar son inclinados entonces el buen estado de estosaccesorios tiene aun mas relevancia dado a que su ajuste reduce las desviaciones en los tiros ytambién reduce las vibraciones.

Nunca se debe golpear un anillo guía, elflange de fijación a la mesa de trabajoes la parte más sensible de ser dañadapor impactos, al momento de serinstalados estos deben deslizarsesuavemente dentro de la perforación dela mesa.

El control de desgaste se realiza en elbuje interior, es recomendable que estedesgaste no sea mayor a ½” por lado,es decir 1” de desgaste total en sudiámetro interior.




RECOMENDACIÓN PARA EL USO DE LOS ELEMENTOS DE PERFORACION..

Aun cuando los aceros hayan estado debidamente almacenados se deben inspeccionar las roscasmachos y hembras, así como sus espejos, deben estar siempre limpios y libres de dañosocasionados por golpes.

Antes de poner en uso los aceros de perforación se deben lubricar con grasas con altos contenidosde 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 nuevolubricante.

Acoplamientos de uniones roscadas, barras, adaptadores, etc.Las recomendaciones de limpieza y lubricación de hilos son extremadamente importantes para lavida útil de las uniones.

Existen también otras variables de gran importancia que se deben tener en cuenta para laextensión de la vida útil de las uniones, las roscas nuevas son más susceptibles de ser dañadasque las uniones con desgaste, esto debido a que con el uso los perfiles van sufriendo desgastesque facilitan su engrane, por lo tanto los primeros acoplamientos son de gran importancia para lavida útil 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 rotación al acoplar debe ser lenta, el desplazamiento descendente debe serequivalente al paso de la rosca.

Por ejemplo, las roscas B.E.C.O. Tienen un paso de ½”, esto significa que por cadavuelta que giren al acoplar deben avanzar ½” .




Una rotación mayor que el desplazamiento indicado genera un montaje entre los hilos condesgarramiento de acero.

Del mismo modo un desplazamiento mayor que la rotación produce el mismo daño.

En las columnas multipass es común que la vida útil de los hilos se vea reducida por desgastesprematuros en sus hilos, la razón radica en el constante acople y desacople de las uniones, latendencia de algunos operadores es ejecutar esta operación en el menor tiempo posible pasandopor alto las recomendaciones anteriores.

Los daños en los hilos se producen por el constante acoplamiento o desacoplamiento de las

uniones, durante el trabajo las uniones roscadas están sometidas a altas cargas de fricción ytorsión, razón por la cual debe haber siempre una película protectora o de separación entre metalcon metal, la lubricación adecuada y una buena calidad de lubricante pueden controlar en granmedida estos daños.

El sobre apriete de una columna de barras es producto de las cargas intermitentes de torsión,flexión y vibraciones que actúan sobre la columna principalmente cuando la dureza del terreno esmuy alta.

Las fallas más frecuentes de las roscas son

Desgastes por excesiva rotación o excesivo empuje al acoplar. Ruptura de hilos por micro grietas en el acero generado por una mala lubricación. 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 señalar que el mecanismo de falla queprovoca la ruptura en un hilo macho y/o hembra siempre esun esfuerzo mecánico extremo, sea por pandeo, flexión, o




torsión, bajo estas condiciones los hilos van sufriendo lentamente un proceso de deformaciónhasta sobrepasar su limite de resistencia elástica llegando a la deformación permanente y suconsiguiente ruptura.

El mayor riesgo de fatiga y ruptura de hilos y/o barras se manifiestan en los primeros metros deperforación, en la “empatadura” de los pozos, por tal razón es estrictamente necesario que el

pulldown aplicado así como la rotación sean bajas, de talforma de no producir desviaciones o pandeos , que son lascausas de fatigas y rupturas, esta condición debe seraplicada obligatoriamente en los primeros dos a tres metros,hasta que la columna ha conseguido estabilizarse losuficiente apoyándose en el cabezal de rotación, la mesa detrabajo y las paredes de la perforación, esta es la únicaforma de reducir el riesgo de ruptura de hilos y barras .

Los sobre aprietes de hilos tan comunes en las columnas deperforación principalmente cuando son de un solo paso(singlepas) son los principales causantes de rupturas en laszonas cercanas a los espejos de las uniones, cuando la

resistencia de la roca a ser perforadora es muy alta una parte de la energía de empuje aplicada altricono se libera transformándose en vibraciones y pandeo, estas a su ves causan dilataciones ycontracciones permanentes en el acero, tal como se ha explicado en un capitulo anterior en estascondiciones en el acero comienza un proceso progresivo de deformaciones submicroscopicas ensus átomos generando calor y bajando la resistencia cohesiva de los componentes de suestructura, el proceso continua evolucionando hasta formar las primeras micro fisurasimperceptibles a simple vista, una vez que estas se van uniendo se transforman en grietas y sepueden observar fácilmente porque toman una dirección circular o transversal al eje del cuerpoafectado.

Es por esta razón que cuando la columna de barras es single pass se debe incluir dentro delprocedimiento de trabajo soltar la unión roscada para liberar la tensión acumulada por lo menoscada 2.000 a 2.500 mts.

Esta será la única forma de reducir los sobre aprietes y rupturas de hilos en los terminales machosy grietas en el lado hembra de un tren de barras.

La resistencia a la torsión de una unión roscada es función de muchas variables, estas incluyen laresistencia del acero, el tamaño de la conexión, la forma de la rosca, su paso su conicidad y elcoeficiente de fricción de las superficies en contacto, roscas y espejos.

CONDICIONES SUB ESTANDARES QUE AFECTAN A LOS ACEROS DE PERFORACION

PROBLEMA EFECTO SOBRE LA COLUMNA DE PERFORACION

Cabezal de rotacióndescentrado

Altas curvas de pandeo sobre la columna, fatiga de de aceros y ruptura de hilos Pin yfisuras en hilos Box, desgastes asimétricos en faldones de triconos, altas cargas de friccióny golpes sobre los anillos guías rotatorios.

Falta de aire para barridoRemolienda en el fondo del pozo, desgastes prematuros en los faldones de los triconos,desgastes prematuros en los bits sub por exceso de fricción en el fondo del pozo,desgastes en el núcleo de los triconos, entrabamiento de tricono, poca penetración.

Exceso de aire en el barrido Desgaste por efecto de arenado sobre los bit sub y las barras, desgastes en los faldonesde los triconos por efecto de arenado.

Gatos de nivelación en mal Torceduras de barras, ruptura de hilos Pin y fisuras en hilos Box, ruptura de anillos




estado rotatorios.

Cadenas de empuje condiferentes tensiones

Descentramiento de cabezal de rotación, pandeo de la columna con daños por fatigas enhilos Pin y Box, desgastes de anillos rotatorios por exceso de fricción, ruptura de hilos enTop Sub por desalineamiento, desgastes de hilos al acoplar.

Correderas gastadas Desviación de cabezal y pandeo sobe la columna, vibraciones sobre el cabezal derotación, desgastes de hilos al acoplar.

Amortiguador en mal estado Vibraciones sobre el equipo, vibraciones sobre los anillos guías, daños sobre el tricono,ruptura de insertos en los triconos, sobre aprietes de hilos.

Torre de perforación torcidao desnivelada

Pandeo de columna y fatiga en los aceros, desgastes de hilos al acoplar, desgastes enfaldones de triconos, desgastes prematuros en las barras por aumento de fricción sobre lasparedes del pozo, empataduras defectuosas, pozos desviados.

Juegos excesivos enpasadores de fijación detorre

Vibraciones sobre la estructura de los equipos, ruptura de hilos Pin y fisuras en hilos Box,desviación de columna, daños en anillos guías, daños en faldones de triconos, fallas enempataduras de pozos, pozos desviados.

Anillos guías con excesivodesgaste

Vibraciones en columna de perforación, desviación de columna, impactps sobre el deckhole, daños en los rodamientos del anillo guia.

Instrumentos de nivelacióndescalibrados

Desviación de columna y torcedura de barras, fatigas en los aceros por pandeo, desgastesprematuros de aceros por aumento de fricccion sobre las paredes del pozo, desgastes defaldones en los triconos.

Llaves de servicio en malestado.

Resbalamiento sobre los aceros, riesgos de golpes.

Válvulas de retención enmal 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 líneade aire.

Daños en componentes de amortiguadores, contaminación de muestras, riesgos decaídas por resbalamiento en mesa de trabajo, desplazamiento de grasa en los hilos.

Calentamiento de las zonasde unión.

Alteración de la estructura de los aceros y fatiga de aceros por revenidos prolongados.

MANIPULACIÓN DE LAS BARRAS DE PERFORACIÓN

Carguío de barras de perforación.Siempre se deben cargar las barras de perforación con una pluma de levante telescópica montada

sobre un camión de apoyo con capacidad mínima para 3.000 kgs.También se puede realizar esta operación con un cargador tipo horquilla con una capacidadmínima de levante tambien de 3.000 kgs. La abertura de las horquillas de levante debe estar almáximo posible.Este tipo de cargador tiene un alto potencial de riesgo por resbalamiento de las barras sobre lashorquillas metálicas, razón por la cual deben estar cubiertas con algún elemento antideslizanteque evite el deslizamiento de metal con metal, puede ser madera o caucho.




Cargar las barras y sujetarlas con eslingas o cadenas, ver figura Nº 1Para el transporte de barras de mayor longitud (40’ 45’, 60’) se deben instalar cadenas o eslingasadicionales en el medio.

Cargar los extremos machos o hembras de las barras hacia el mismo lado del camión, losprotectores de hilos deben estar instalados y en buenas condiciones a ambos lados de las barrasantes de comenzar a cargarlas.

Evitar que los espejos de las barras rocen con las barras adyacentes, espaciándolasadecuadamente con listones de madera de a lo menos 1” de espesor dispuestos verticalmenteentre barra y barra para prevenir roces con las bandas de recubrimientos duros en los extremosmachos y hembras.

Depositar las barras sobre el piso del camión apoyándolas sobre listones de maderas horizontalesde a lo menos 3” de espesor. La camada de barras se asegura al camión mediante cables o cadenas de sujeción atadas enpuntos adecuados de la estructura del mismo.

No sobrecargar el camión hasta el punto de exista peligro de resbalamiento o desnivelacióndurante el traslado, luego de recorrer una cierta distancia se debe controlar la tensión de los cableso cadenas de sujeción, para prevenir el asentamiento de la carga.

Antes de descargar las barras asegúrese de que los protectores de hilos en ambos lados de lasbarras estén correctamente instalados y firmemente enroscados.

Evite movimientos bruscos que pueden dañar o marcar el cuerpo de las barras.




No descargue las barras dejándolas caer por las rampas o declives, se deben descargar de a unapor vez, si las va a rodar sobre si mismas empújelas paralelamente hasta que tope con elseparador de madera vertical que debe servir de separación entre barra y barra.

Los protectores de hilos protegen de la mayoría de los daños que se pueden producir mientras setrasladan, se almacenan o se manipulan para cargarlos.

Las roscas machos y hembras así como sus espejos son las principales zonas que deben serprotegidas.

No se debe permitir que estas zonas sean golpeadas contra otros aceros o superficies de igual o

mayor dureza, los espejos dañados impedirán un acoplamiento de roscas eficientes, generandouna luz entre los espejos de las uniones roscadas, al unir dos elementos que queden con susespejos separados la flexión generada en la columna se transmite directamente a las roscas, estaflexión o bamboleo genera altas cargas de tensión que se concentran en los radios de fondo de loshilos produciendo fatigas de material y su consecuente ruptura, las fatigas una vez que sepresentan no desaparecen, permanecen en la zona afectada y reaccionan generalmente antemenores esfuerzos .

TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE BARRAS DE PERFORACIÓN

Las barras de perforación y los adaptadores en general están construidos con grados de precisióntal que requieren de un cuidado durante el transporte y almacenaje, se deben cargar las barras y

sujetarlas con correas, o cadenas

tomadas desde su centro de gravedad.Evitando que los espejos se golpeenentre si o contra otros objetos de igual omayor dureza.

Las barras y adaptadores deben estarpermanentemente con sus protectores de




hilos a ambos lados limpios y en buen estado antes de comenzar las operaciones de transporte yalmacenamiento.Las barras deben ubicarse sobre bancos de madera o metal a una distancia mínima de 30 cm. Delsuelo para evitar la humedad o la contaminación con barro, polvo, tierra u otro tipo decontaminante.La distancia de los puntos de apoyo entre las barras deben estar entre 3.0 a 5.0 mts. Entre si

para evitar que se flecten.

CASOS TIPICOSDE RUPTURA DE HILOS CAUSADOS POR FATIGAS DE MATERIAL




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

Roscas B.E.C.O. Roscas A.P.I. RegularLADO LADO TIPO LADO LADO TIPO

PIN BOX BECO PIN BOX API Reg.




Diámetro A Diámetro B Nº Diámetro A Diámetro B Nº101.2 mm 104.7 mm 3 ½ 66.6 mm 68.2 mm 2 3/8113.9 mm 117.4 mm 4 76.2 mm 77.7 mm 2 7/8126.6 mm 130.7 mm 4 ½ 90.1 mm 90.1 mm 3 ½145.6 mm 149.2 mm 5 ¼ 117.4 mm 119.0 mm 4 ½164.7 mm 168.2 mm 6 140.2 mm 141.6 mm 5 ½215.5 mm 219.0 mm 8 152.1 mm 153.5 mm 6 5/8266.3 mm 269.8 mm 10 178.6 mm 180.1 mm 7 5/8

DIMENSIONES Y PESOS DE LAS BARRAS DE PERFORACIÓN

Diam. De barras Long. De barras Esp. de tubos Peso de barrasKgs.

5” ½ 30’ ¾ 565,05” ½ 32’ ¾ 600,05” ½ 35’ ¾ 650,06” ½ 28’ ¾ 752,06” ½ 30’ ¾ 800,06” ½ 32’ ¾ 850,06” ½ 35’ ¾ 914,09” ¼ 20’ 1” 988,09” ¼ 32’ 1” 1.468,09” ¼ 35’ 1” 1.580,09” ¼ 40’ 1” 1.780,0

10” 3/4 33’ 1” 1/2 2.265,0

MEDICIÓN DE BARRAS

CONTROL DE NIVELES EN EQUIPOS DE PERFORACIÓN







TAB

LAS DE CONVERSION

PARA CONVERTIR EN MULTIPLIQUE POR

BAR PSI 14.7CENTIMETROS PULGADAS 0.394C.F.M LITROS x SEGUNDO 0.472C.F.M METROS CUBICOS x MINUTOS 0.028PIES CUBICOS METROS CUBICOS 0.028METROS CUBICOS PIES CUBICOS 35.3PIES METROS 0.305LIBRAS PIE KILOGRAMOS 0.138GALONES LITROS 3.785PULGADAS MILIMETROS 25.4PULGADAS CENTIMETROS 2.54KILOGRAMOS PIES x LIBRAS 7.23KILOGRAMOS LIBRAS 2.205KILOMETROS MILLAS 0.621LITROS x SEGUNDO C.F.M 2.119LITROS GALONES 0.264




LITROS CUARTO DE GALON 1.057MTS. CUBICOS x MINUTOS C.F.M 35.3METROS PIES 3.28METROS YARDAS 1.094MILLAS KILOMETROS 1.609MILIMETROS PULGADA 0.309MEGA PASCALES (MPa) PSI 145LIBRAS KILOGRAMOS 0.454P.S.I BAR 0.068P.S.I MEGA PASCALES ( Mpa) 0.0069CUARTO GALON LITROS 0.946CENTIMETRO CUADRADO PULGADA CUADRADA 0.155PIE CUADRADO METRO CUADRADO 0.093PULGADA CUADRADA CENTIMETRO CUADRADO 6.452METRO CUADRADO PIE CUADRADO 10.764TONELADA (US) TONELADA METRICA 0.907TONELADA METRICA TONELADA (US) 1.102YARDAS METROS 0.914

KILO NEWTON LBS 22.4

TABLA DE LONGITUDES

1 DECAMETRO DM 10 M.

1 HECTOMETRO HM 10 DM = 100 M.

1 KILOMETRO KM 10 HM = 100 DM. = 1.000 M

1 DECIMETRO DM 100 MM. = 10 CM. =0.1 M

1 CENTIMETRO CM 10 MM. = 0,01 M

1 MILIMETRO MM 0.001 M

1 PULGADA PULG. 0.0833 P = 0.0278 YD = 0.0254 M

1 PIE P 12 PULG. = 0.3333 YD.= 0.3048 M

1 YARDA YD 36 PULG. = 3 P 0 0-914 M.

1 CENTIMETRO CM 0.3937 PULG. = 0.0328 P. =0.01 M

1 METRO M 39.37 PULG. = 3.28 P.

1 MILLA MARINA MILLA M. 6.080 P. = 2.025 YD. = 1.852 M.

1 MILLA TERRESTRE MILLA T. 5.280 P. = 1.780 YD. = 1.609 M.



TABLA DE SUPERFICIES

1 MILIMETRO CUADRADO MM² 0.000001 M²

1 CENTIMETRO CUADRADO CM² 100 MM²

1 DECIMETRO CUADRADO DM² 100 CM. = 10.000 MM²

1 METRO CUADRADO M² 100 DM = 10.000 MM²1 AREA A 100 M²

1 HECTAREA HA 100 A = 10.000 M²

1 KILOMETRO CUADRADO KM² 100 A = 1.000.000 M²

1 PULGADA CUADRADA PULG². 6.452 CM²

1 PIE CUADRADO P² 144 PULG. = 0.11 YD = 929 CM²

1 YARDA CUADRADA YD² 1.296 PULG. = 8.361 CM²

1 MILLA CUADRADA MILL² 2.588.881 M²

FORMULAS GENERALES DE CONVERSION DE GRADOS

GRADOS V. = ( GRADOS F – 32) x 0,556

GRADOS F. = GRADOS C x 1,8 + 32

0º Celsius = 273º K.Grados K. = 273º + GRADOS C.

Documents

CURSO_DE_PERFORACION.pdf