Fundamentos y Técnicas Avanzadas de Perforación en Rocas para Ingeniería

Propiedades de la Roca que Afectan la Perforabilidad

A continuación, se nombran y explican diversas propiedades de la roca que influyen directamente en su perforabilidad:

• Dureza: Oposición a la penetración de otro cuerpo más duro.
• Resistencia: Propiedad de oponerse a su destrucción frente a una carga exterior.
• Elasticidad: Propiedad de los cuerpos que tienden a recobrar su forma y extensión cuando cesa la fuerza que actuaba sobre ellos.
• Plasticidad: Cuando en las rocas se supera el límite de la elasticidad, comienza la deformación plástica, es decir, la roca se deforma, pero no vuelve a su estado original.
• Abrasividad: Capacidad de las rocas para desgastar la superficie de contacto de otro cuerpo más duro durante el proceso de rozamiento.
• Estructura: Propiedades estructurales del macizo rocoso, tales como esquistosidad, planos de estratificación, juntas, diaclasas, fallas, así como el rumbo y buzamiento.
• Tamaño de Granos: La dimensión de los componentes minerales.
• Textura: Se refiere a la estructura de los granos minerales constituyentes de la roca.

Tipos de Perforación Rotopercutiva: Martillo en Cabeza vs. Martillo en Fondo

Martillo en Cabeza

Ventajas:

• Sistema simple.
• Instalación sencilla.
• Gran variedad de diámetros.

Desventajas:

• A medida que aumenta la profundidad, se produce desviación.
• Pérdida de energía.
• Contaminación ambiental (ruido, aceite).

Martillo en el Fondo (DTH - Down The Hole)

Ventajas:

• La velocidad de perforación se mantiene constante.
• Disminuye los niveles de ruido.
• Aprovechamiento óptimo del aire.
• Menor desgaste de la broca (bit).

Desventajas:

• Pérdida de parte del equipo por atascamiento.
• Poca flexibilidad de diámetro.
• Baja velocidad de penetración en ciertas formaciones.
• Diámetro delimitado por el martillo.

Influencia del Diámetro de las Barras en la Velocidad Ascensional del Detritus

Sí, el diámetro de las barras de perforación afecta directamente la velocidad ascensional del detritus. Si la barra es de diámetro pequeño, el espacio anular entre la barra y las paredes del barreno es mayor, lo que resulta en una menor velocidad de ascenso del detritus. Por el contrario, si el diámetro de la barra es grande, el espacio anular se reduce, incrementando la velocidad de evacuación del detritus.

Factores Clave para la Penetración del Tricono en la Roca

Los factores directamente comprometidos para que el tricono penetre en la roca son:

• Empuje: La fuerza axial aplicada sobre la broca.
• Indentación: Proceso por el cual los dientes o insertos del tricono penetran en la roca debido al empuje aplicado sobre la broca.
• Dureza de la Roca: La resistencia de la roca a la penetración.
• Otros Factores: Incluyen el peso sobre la broca (WOB), la velocidad de rotación (RPM) y el diseño específico de la broca.

Sistemas de Evacuación de Detritus con Aire: Convencional y Reverso

Para comprender mejor estos sistemas, se recomienda visualizar un esquema que ilustre el flujo del aire y el detritus.

Aire Convencional

• Descripción: El aire comprimido ingresa por el centro de la barra de perforación y asciende por el espacio anular entre la barra y las paredes del barreno, arrastrando el detritus hacia la superficie.

Aire Reverso

• Descripción: Este sistema utiliza dos barras concéntricas de diferentes diámetros. El aire es impulsado por la barra de mayor diámetro y, tras recoger el detritus en el fondo, es evacuado por la barra de menor diámetro, ascendiendo por su interior.

Factores que Causan la Desviación del Tiro Piloto

Los principales factores que pueden producir la desviación del tiro piloto son:

• Inclinación del Taladro: El ángulo inicial de perforación.
• Empuje Aplicado: La fuerza axial ejercida sobre la broca.
• Dureza de la Formación: La resistencia de la roca a la perforación.
• Diseño de la Sarta de Perforación: La configuración y rigidez de las barras y herramientas.
• Manteo de la Formación: La inclinación de las capas geológicas.

Función y Componentes de los Acumuladores de Aire en Perforación

La función de los depósitos (acumuladores de aire) es crucial en los sistemas de perforación.

• Su función principal es entregar aire comprimido de forma homogénea y constante al sistema de perforación.
• Se construyen generalmente con planchas de acero de entre 6 y 25 mm de espesor, diseñados para soportar altas presiones.
• Las partes esenciales de un acumulador de aire incluyen:
  • Salida de aire
  • Manómetro
  • Ventana de inspección
  • Válvula de seguridad
  • Entrada de aire
  • Grifo de purga

Perforación LBH (Long Blasting Hole): Concepto y Aplicación

LBH (Long Blasting Hole - Perforación de Tiros Largos): Es una técnica de perforación con tiros largos donde la carga explosiva se introduce desde la parte superior y en el fondo de la perforación, colocando un tapón para confinarla. Se utiliza generalmente en la creación de caras libres en aplicaciones de banqueo. Típicamente, se realizan entre 5 y 9 tiros con diámetros de 3 a 6 pulgadas, abarcando dos niveles. La tronadura se ejecuta desde abajo hacia arriba para optimizar la fragmentación.