ATLAS COPCO

MANUAL DE PERFORACION

PROLOGO

En las primeras pocas de la perforacin rotativa era bastante difcil asegurar la perfecta combinacin de los diferentes componentes de una columna de barras de perforacin para que coincidieran en dimensiones roscadas, dimetros, pesos, longitudes, y diseos geomtricos. En la actualidad en el vasto campo de la minera los aceros de perforacin se fabrican conforme a especificaciones desarrolladas y aprobadas por organismos calificados, certificados y aprobados internacionalmente. ATLAS COPCO THIESSEN TEAM es una compaa fabricante de aceros de perforacin para la minera con mas de 100 aos de experiencia abasteciendo a los grandes centros mineros, esta trayectoria y experiencia tambin nos ha permitido participar en todas las etapas de evolucin y desarrollo de los equipos de perforacin para la minera de superficie y subterrnea, siendo uno de los primeros en asegurar estndares de calidad bajo especificaciones A.P.I. y B.E.C.O. y procesos de fabricacin con certificacin ISO-9000- 2001para nuestros aceros.

Este manual de perforacin contiene especificaciones tcnicas, recomendaciones de uso operativo de los aceros, mantenimiento y cuidado de todos los componentes de la columna de perforacin. Su propsito es entregarles a los usuarios, perforistas, mecnicos e instructores un nivel de informacin tcnica en un lenguaje simple de tal manera que pueda ser un textol de consulta rpida y confiable.

CONCEPTOS BASICOS SOBRE GEOLOGIA

La corteza de la tierra consiste en diferentes tipos de rocas que estn compuestas de uno o ms componentes qumicos o elementos minerales. Los minerales tienen diferentes durezas y se clasifican de acuerdo a su escala de dureza y resistencia a la compresin. Los gelogos describen a los minerales como sustancias naturales inorgnicas, slidas con composicin qumica, forma cristalina y propiedades fsicas caractersticas.

La mezcla de minerales forma las rocas, y basados en su mtodo de formacin se clasifican en tres tipos:

gneas Sedimentarias Metamrficas

Las rocas gneas se forman del magma o silicato lquido fundido, cuando l liquido se enfra rpidamente en o cerca de la superficie de la tierra forma rocas muy finas o de textura vidriosa denominadas rocas extrusivas. Rocas gneas extrusivas son, piedra pmez, o pumacina, el basalto, la obsidiana, y la riolita. Las rocas gneas intrusivas se forman cuando el magma se solidifica lentamente a grandes profundidades 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 gneas intrusivas:

Diorita 170 a 300 mpa Gabro 260 a 350 mpa Granito 200 a 350 mpa

El tipo de roca formado depende de la composicin qumica del magma y de los minerales que se cristalizan en la mezcla fundida. El basalto ( extrusivo ) y el gabro ( intrusivo ) se forman de magmas pobres en slice. 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 climticas de la corteza slida de la tierra, la cual se ha desintegrado y sedimentado en los ros y en el fondo de los mares prehistricos. Las rocas sedimentarias se clasifican en clsticas y precipitadas, las clsticas ( quebradizas ) se forman por la consolidacin de arcillas, arenas, restos de conchas y fragmentos de otras rocas, tienen origen clstico la arenisca, los esquistos, y los conglomerados. Las precipitadas se forman por la precipitacin qumica disueltas en agua, de esta manera se forman el yeso, la dolomita, la caliza, y la sal, ellas pueden incluir algunos materiales clsticos tales como conchas o fsiles. Son rocas sedimentarias.

Conglomerados 140 mpa Areniscas 160 a 255 mpa Pizarra de grano fino 70 mpa Caliza 120 mpa

Dolomita 150 mpa Rocas metamrficas.

Estas rocas se forman de rocas ya existentes, sean estas gneas, sedimentarias, o previamente metamorfoseadas, la estructura, la textura y en algunos casos la mineraloga de la roca matriz cambian durante el calor y la presin intensos del metamorfismo. El calor y la presin resultan del profundo entierro en la carcaza terrestre o debido al contacto cercano con el magma, las ms comunes son. Esquistos, mrmol, cuarcita, anfibolita, y calizas cristalinas. Son rocas metamrficas.

Mrmol 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 compresin. Es la cantidad de carga que una muestra de roca podra soportar hasta el momento de quebrarse y se usa generalmente como ndice estndar de perforabilidad. Se expresa en: Mpa, kilos por centmetro cuadrado o en libras por pulgada cuadrada, La perforabilidad depende entre otras cosas de la dureza de los minerales constituyentes y del tamao de sus granos. Uno de los minerales ms comunes en la formacin de las rocas es el cuarzo y debido a que es muy duro un gran contenido de el har que la roca sea muy dura de perforar y causara mucho desgaste a las herramientas de perforacin, en este caso se dice que la roca es abrasiva. El contenido de slice es mayor en la cuarzita y arenisca y menos en los minerales de hierro y algunas calizas. Una estructura de grano grueso es ms fcil de perforar y causa menos desgaste a los aceros que una estructura de grano fino.

FUNDAMENTOS Y GENERALIDADES DE LA PERFORACIN

El resultado de una operacin extractiva depender fundamentalmente de sus costos, razn por la cual la perforacin es de la mayor importancia en el costo de la remocin de minerales o roca , por lo tanto tratar de rebajar su incidencia en el costo de produccin ser la principal preocupacin del personal a cargo del rea de perforacin y tronadura. Los factores que influyen en la rebaja de costos de la perforacin son variados, aqu presentamos los mas comnmente considerados.

Tipo de explosivo a usar. Altura de los bancos. Tonelaje que el explosivo puede remover

Tamao de la perforacin, profundidad de los tiros y espaciamiento. Angulo de la perforacin Tonelaje promedio a obtener diariamente Capacidad del chancador primario Capacidad de los equipos de carguo y transporte Aptitud y actitud del personal de perforacin y tronadura Experiencias anteriores en tronadura Caractersticas del clivaje de la roca Caractersticas de perforabilidad de la roca Disponibilidad de los equipos de perforacin

Cmo elegir el equipo adecuado capaz de perforar y quebrar cualquier tipo de roca? En realidad considerando las casi infinitas variables de combinaciones, de los componentes de la roca, los tipos de formaciones en las cuales se opera, los objetivos que se persiguen cada vez de mayor exigencia con la perforacin descartan cualquier opcin de contar con un equipo y un mtodo universal para perforacin. La dureza es solo uno de los factores que deben ser considerados en la eleccin de un mtodo de perforacin, cualquier formacin puede ser altamente dura o abrasiva, depende solo de su ubicacin geogrfica, en estas condiciones la perforacin puede llegar a ser un gran problema. PERFORACIN EN FORMACIONES DURAS, FRACTURADAS O FORMACIONES INCLINADAS. Tal vez los yacimientos con mantos muy inclinados sean el peor escenario para una faena de perforacin, son en extremo complicados ya que hay perdidas de circulacin de aire o agua , dificultad en la limpieza y atascamiento de la columna de perforacin, despus de la empatadura las barras tienden a seguir los clivajes o fallas, lo que indudablemente va a dar como resultado tiros torcidos y barras de perforacin fatigadas con altos riesgos de ruptura en las zonas de mayor tensin como los radios de los fondos de las roscas, las zonas de uniones soldadas o cualquier otro punto de tensin. Los equipos rotativos tienen una clara ventaja en la perforacin de formaciones fracturadas debido

a que el rea anular es pequea y por lo tanto la velocidad de retorno del aire con material triturado es muy alta (velocidad de barrido), esto hace que el tiro se limpie antes de que las partculas se depositen en las grietas o zonas de fracturas. Si se encuentra humedad o barro en vetas arcillosas, esquistos viscosos o en grietas se van a formar anillos alrededor de la columna, lo que puede presentar peligros de atascamiento o dificultades para cargar el tiro con el explosivo adecuado. Para controlar este problema podramos agregar agua o detener la perforacin por un rato dejando que el agua se acumule hasta cierta altura para enseguida soplar con todo el aire, esto hace que el pozo se limpie dejando las paredes suaves.

En formaciones que tienen mucha agua se presenta un serio problema para los equipos de perforacin rotativa ya que su baja presin de aire 40 a 50 p.s.i. a veces no son suficientes para evitar la formacin de una columna esttica que reduce la capacidad del aire para levantar el material removido por el tricono desde el fondo del pozo. La perforacin rotativa se introdujo como mejora tecnolgica en el ao 1909 por su inventor Howard R. Hugues, la nueva herramienta consista en conos giratorios con dientes cortantes que rodaban en el fondo del pozo y creaban una accin de escopleado o traslapeo, esta nueva herramienta de conos permiti a las perforadoras rotativas exceder lejos los mejores rendimientos alcanzados en formaciones duras, en esos tiempos aun no se pensaba aplicar el nuevo mtodo a la perforacin de minera, solo fueron usadas en exploracin geofsica, pozos de agua y por supuesto el petrleo. Debido al rpido incremento en el uso de la rotacin en la perforacin de roca, los fabricantes de perforadoras y de triconos han tenido que ir ofreciendo cada vez mejores elementos. Los fabricantes de triconos por ejemplo han hecho significativos avances en el diseo de los dientes y en la capacidad de los cojinetes , como resultado de esto ahora se recomiendan aplicaciones de mayor peso sobre el tricono, de modo que las formaciones duras puedan ser perforadas econmicamente con brocas rotativas. PERFORACIN A PERCUSIN. Es el mtodo usado para hacer una perforacin en roca utilizando las hondas de choque producidas por una masa que golpea a una broca en rotacin o a una columna de barra giratoria que tiene una broca en el extremo opuesto, la rotacin de la broca se produce por uno o ms dispositivos de giro, rifle, bar, motor integral, o por un accionamiento externo. Las perforadoras de percusin se clasifican en dos tipos:

Perforadoras de superficies. Perforadoras de fondo o D.T.H.

Las perforadoras de superficie son las mas usadas y se llaman as debido a que el martillo de perforacin trabaja sobre la superficie del terreno y la columna o sarta de barras se instala entre este y la broca de perforacin, una de sus ventajas es el bajo peso de los montajes de sus aceros o herramientas. Entre las perforadoras de superficie se encuentran las guaguas, las perforadoras con mbolos o de patas, las perforadoras con drifters, y los stopers que son herramientas que se pueden usar en espacios muy reducidos por un solo hombre sin necesidad de montarlas en aparatos especiales, otra de sus ventajas es que pueden perforar en todo tipo de ngulos, sean horizontal, radial, vertical ascendente o descendente. En este sistema de perforacin la energa de impacto transmitida por el martillo a travs de las barras de extensin debe ser utilizada al mximo de tal manera que la fuerza de avance sea constante razn, por la cual el equipo de perforacin debe estar firmemente posicionado al piso. Una condicin muy importante que los operadores deben tener en cuenta es que las nuevas maquinas perforadoras tienen una gran energa de impacto lo que permite una alta velocidad de perforacin, en estas condiciones es recomendable disminuir la velocidad de perforacin para permitir que el material removido tenga el tiempo de ser evacuado a la superficie desde el fondo el tiro.

En ocasiones es necesario el uso de espuma de flotacin cuando el material a perforar es de alta densidad, la espuma de flotacin acta como elemento de flotacin permitiendo a los detritus ser evacuados por flotacin. Dentro de las desventajas de las perforadoras de superficie estn la limitacin de las longitudes de tiros, por el rango de dimetros y profundidades que pueden cubrir , por ejemplo en tiros de 100 mts. de profundidad la energa que se pierde en la sarta de barras reduce severamente la penetracin, el problema de la desviacin de tiro puede llegar a su punto mas critico perforando en seco, la limpieza o barrido puede tornarse muy difcil. El ruido es otra desventaja de las perforadoras de superficie , por el hecho de estar prcticamente a la altura del odo del perforista hace que el nivel de ruidos sobrepase los lmites permitidos . El acero de perforacin constituye otra desventaja, puesto que a travs de ellos se debe transmitir y absorber toda la energa de impacto a la herramienta de perforacin, exponindolas a una gran concentracin 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 energa no llega a la herramienta de corte. PERFORACIN DE FONDO DTH (DOWN THE HOLE). Este sistema trabaja en la parte inferior de una columna de perforacin y su principal caracterstica es que acta directamente sobre la roca que debe perforar, esto hace que la eficiencia de trabajo sea mucho mayor ya que a diferencia del sistema de perforacin de superficie la energa perdida entre la columna y la herramienta de trabajo se mantiene en un mnimo constante. Otra ventaja de este sistema es la limpieza de los tiros sobre todo en terrenos secos, esto producto del mnimo espacio anular que existe entre las barras y la herramienta de corte hacen que la velocidad de barrido sea muy buena aprovechando el aire de escape del martillo de perforacin. El bajo ruido existente es otra ventaja debido a que la percusin del martillo y el escape de los ruidos se efectan en el fondo del pozo. Entre sus desventajas esta el riesgo de operar un equipo neumtico debajo de la superficie, si por accidente o por derrumbe del pozo cae material hacia el fondo se formara un anillo de obstruccin que evitara y/o dificultar la remocin y extraccin del material removido, en algunas ocasiones esto es hasta imposible con la consiguiente perdida del martillo de perforacin con herramienta incluida y parte de la columna de perforacin. Como principal recomendacin se sugiere que si la cantidad de agua bajo la superficie es mucha se formara barro demasiado pesado que pondr en riesgo la operacin 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 planificacin de la perforacin con martillo de fondo son las siguientes:

Dimetro de la perforacin. La primera recomendacin para una perforacin eficiente es que entre el dimetro exterior del martillo y el dimetro exterior de bit de perforacin debe existir una diferencia de dimetro ideal de 12,7 m/m. Este es el espacio anular que quedara entre el hoyo a perforar y el martillo de fondo, es suficiente para reducir el riesgo de derrumbe del pozo y suficiente para la evacuacin del material cortado por el bit. Consumo de aire. Para la perforacin con martillo de fondo se debe tener en cuenta el aire disponible en los compresores del equipo, en la medida que los martillos aumentan de dimetro se requiere un mayor consumo de aire pero una menor presin. Siempre es necesario consultar el catalogo del fabricante del martillo para conocer los parmetros de uso. Equipos de perforacin. Las principales caractersticas de un equipo de perforacin para trabajar con martillos de fondo deben ser el torque para la apropiada rotacin, y su capacidad de levante. Los diseos geomtricos de los bits de perforacin son de una alta importancia para la eficiencia de la perforacin, es as como existen tres diseos para una adecuada seleccin.

Cncava. . Ideal para todo tipo de perforaciones, su vaciado frontal permite guiar la direccin del pozo, ideal para zonas blandas y semiduras.

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

Convexa.

Permite una mayor velocidad de perforacin, su geometra da mayor resistencia a los botones, es adecuada para zonas duras y abrasivas.

Las velocidades de barrido necesarias para la limpieza de los hoyos deben estar entre 4.000 pie/min a 7.000 pie/min. Una velocidad mayor a este rango causar un desgaste excesivo por proyeccin de partculas a altas velocidades. Otras recomendaciones importantes para la perforacin con este sistema estn en el control de peso sobre el bit, se debe considerar que un martillo con percusin en el fondo necesita solamente el peso suficiente para mantener el bit en el fondo del hoyo, perforar con excesivo peso solo reducir la vida til del bit de perforacin y aumentar la presin sobe la columna de perforacin. De la misma forma un peso insuficiente tambien es perjudicial ya que si el martillo no est suficientemente apoyado en el fondo del hoyo la energa de impacto aplicada sobre el pistn no ser transferida adecuadamente al bit. Una rotacin a la inversa o impactos sin rotacin pueden ser causantes de desacoplamiento de los hilos de unin entre las barras y/o el martillo, esto tiene un alto riesgo de que las barras se puedan caer al pozo que se est perforando. Antes de poner en servicio un martillo de fondo se debe ubicar en posicin vertical, retirar el protector de hilos de la culata, presionar hacia abajo la vlvula de no retorno y lubricar manualmente el martillo, con una cantidad de litro aproximadamente.

Tambien es conveniente confirmar que el bit est seguro con los retenedores de bit, y comprobar que el sistema de lubricacin del equipo se encuentre en buenas condiciones.

DESPIECE DE MARTILLO ( DOWN THE HOLE )

TRICONOS DE PERFORACIN.

En el diseo de triconos el factor de control es el espacio disponible debido a que las dimensiones estn limitadas por el dimetro del pozo que debe ejecutarse. Por tal razn los diseadores deben considerar la proporcin de las diferentes partes tales como.

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

En los triconos se asegura la mayor duracin debido a que su diseo permite la mxima utilizacin del espacio disponible, adems el tricono es ms efectivo para mantener el dimetro constante del tiro puesto que tiene mayor superficie calibradora. Los conos estn montados sobre un eje de rodamientos o cojinetes los que a su vez forman parte de las patas o faldones de los triconos, esta construccin integral provee la superficie y resistencia para soportar las cargas que la actual tcnica de diseos y exigencias de perforacin imponen sobre el tricono. La carga o el pulldown sobre la roca es absorbida por los rodamientos de bolas, de rodillos o cojinetes de friccion ubicados cerca de la base de los conos. Los triconos de dimetros superiores a 12 tienen dos o ms rodamientos de rodillos para aumentar su capacidad de empuje sobre la roca. Para obtener mayor accin sobre el fondo del pozo se recurre a la excentricidad de los ejes de los tres conos, la excentricidad de los conos se traduce en una mayor penetracin en la mayora de las formaciones debido a la accin de escariado adicional de los dientes del cono. El valor de la excentricidad de los conos depende de la formacin que deba perforarse, pues la accin de escariado en formaciones abrasivas desgasta ms rpidamente los dientes, as como tambin el dimetro del tricono. El tricono, el compresor, la perforadora y todos los componentes de la columna de perforacin deben complementarse para para lograr la perforacin ms econmica y eficiente. La formacin que se va perforar es la que indica que se necesita de la broca y de los accesorios de la columna de perforacin tales como dimetros de barras espesor de tubo de barras, tipos de recubrimientos antiabrasivos etc.etc. La experiencia en terreno indica que una velocidad anular de barrido de 5.000 pie/min. Es suficiente para la remocin de los recortes de materiales livianos en la mayora de los casos, y que para materiales pesados se necesitaran unos 7.000 Pie/Min o tal vez ms. SELECCIN Y USO DE TRICONOS El rendimiento de un tricono se ve afectado por varias caractersticas de la formacin incluyendo su resistencia, de todas maneras no existe un mtodo para relacionar estas caractersticas directamente con la seleccin del tricono.

Quizs la manera ms simple de seleccionar el tricono adecuado sea determinar el tipo de formacin que se va a perforar, en cualquier caso el mtodo final para determinar el tipo de tricono es la experiencia que esta dando la actual perforacin. En las formaciones muy blandas los pesos se pueden reducir y todava producir un buen rendimiento, el mejor mtodo de determinar el peso ptimo sobre el tricono es dictado por la prctica de la perforacion en cada caso. La velocidad de rotacin variar en cada caso entre 50 a 80 r.p.m. el aumento de la velocidad de rotacin aumentar la velocidad de penetracin, pero al mismo tiempo aumentar el desgaste de los rodamientos y la estructura de corte , este efecto deber ser observado en el proceso de evaluacin de los resultados de variaciones de velocidad. Tambin en este caso la experiencia de terreno ser el mejor camino para determinar la mejor combinacin de los resultados de peso y velocidad de rotacin. el dimetro de las toberas de un tricono depender de eficiencia volumtrica del compresor y de su capacidad de presin de operacin, el tamao de la boquilla deber permitir el paso del aire a travs de la broca y adems mantener una contra presin que permita forzar una adecuada cantidad de aire por los rodamientos a fin de mantenerlos refrigerados y limpios, las pruebas de laboratorio y la experiencia en terreno han demostrado que la vida de los rodamientos se reduce por la presencia de agua en la lnea de aire, razn por la cual si se usa agua para el control del polvo deber ser con algunas restricciones en las cantidades a usar.

CARACTERSTICAS DE FALLAS DE TRICONOS Y RECOMENDACIONES

FALLA CAUSAS PROBABLES SOLUCIONES

DESGASTE DIAMETRAL

BROCA INADECUADA VELOCIDAD EXCESIVA ATRAPAMIENTOPOR DERRUMBE DE POZO PERDIDA DE CIRCULACIN DE AIRE BARRAS TORCIDAS CAMBIO A FORMACIN CON DIFERENTE DUREZA

BROCA CON MEJOR RECUBRIMIENTO BAJAR LAS R.P.M.

REP REPASAR LENTAMENTE CON TRICONO USADO VOLUMEN Y PRESION DE AIRE ADECUADA REVISAR Y/O CAMBIAR BARRAS LEVANTAR Y REPASAR VARIANDO PESO Y R.P.M.

EROSION DE CONO

BROCA INADECUADA PESO EXCESIVO MALA CIRCULACIN DE AIRE

BROCA PARA FORMACIN MAS BLANDA REDUCIR PESO REDUCIR SI HAY EXCESO Y SI SE PRODUCE ARENADO USAR MINIMO POSIBLE.

EXCESO DE AGUA

DESGASTES DE RODAMIENTOS

MALA CIRCULACIN DE AIRE PESO EXCESIVO VELOCIDAD EXCESIVA CONDUCTOS DE AIRE TAPADOS TERRENO FRACTURADO

CHEQUEAR COMPRESOR Y/O CAMBIAR BOQUILLAS DE TRICONOS DISMINIR PESO BAJAR R.P.M. LIMPIAR CONDUCTOS BAJAR PULLDOWN

DESGASTE DE NCLEO ( CORING)

EMPATAR SIN AIRE O CON POCO AIRE MALA CIRCULACIN DE AIRE MALA INICIACIN DE TRICONO

EVITAR ESTA PRACTICA CHEQUEAR COMPRESOR Y/O CAMBIAR BOQUILLAS A TRICONOS CON TRICONO NUEVO INICIAR LENTAMENTE Y CON POCO PESO

QUEBRADURA DE INSERTOS

TRANSPORTE O MANIPULACIN INADECUADA TRICONO INADECUADO FALLAS AL INICIO VELOCIDAD EXCESIVA CAMBIO BRUSCO DE FORMACIN VIBRACIONES EXCESIVAS MATERIAL EXTRAO EN EL FONDO DEL POZO

MEJORAR CONDICION PONER TRICONO CON INSERTOS CORTOS PARA FORMACIN DURA INICIO DE PERFORACIN LENTO BAJAR R.P.M. BAJAR R.P..M Y PESO CONTROLAR R.P.M. Y PESO, USAR AMORTIGUADOR Y /O REVISAR AMORTIGUADOR LIMPIAR PERFORACIN CON HERRAMIENTAS RESCATADORAS

PERDIDA DE INSERTOS

CONO EROSIONADO MEJORAR CIRCULACIN DE AIRE

ENTRABAMIENTO O EMBOTADURA

EXCESO DE PESO BROCA INADECUADA CIRCULACIN DE AIRE INSUFICIENTE EXCESO DE AGUA

DISMINUIR PESO CAMBIAR A TRICONO PARA FORMACIN MAS BLANDA MEJORAR CONDICION CONTROLARLA

CONOS ESTAMPADOS O CON HUELLAS

BROCA INADECUADA PESO O ROTACION INADECUADA BARRAS TORCIDAS HILOS DEFECTUOSOS

CAMBIAR A BROCAS PARA FORMACIN BLANDA CAMBIAR PESO Y/O R.P.M. REVISAR BARRAS CUIDAR LAS CONEXIONES, USAR GRASA

INSERTOS GASTADOS

POCA PENETRACIN BARRAS TORCIDAS EXCESO DE R.P.M.

AUMANTAR PESO REVISAR BARRAS, CAMBIAR A INSERTOS MAS DUROS BAJAR R.P.M.

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

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

Bit - Barras

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

Ejemplo prctico. Que velocidad de barrido se necesita para trabajar con un bit de dimetro 6 , una columna de barras de 4 y un compresor con capacidad de 600 c.f.m.

Vb = 600 (cfm) x 183,4

= 110,040

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

Vb = 5,000 p.p.m.

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

Q = 27,272 x D - d

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

5.000 ppm, expresado en C.F.M. (pie3/min) D : es el dimetro del tricono de perforacin, expresado en pulgadas. d : es el dimetro de la columna de barras, expresado en pulgadas. Ejemplo prctico:

Cuantos CFM se necesitan en una columna de barras de dimetro 8-5/8 y un tricono de perforacin de 9-7/8?

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

Q = 1.074 CFM

EFICIENCIA DEL AIRE COMPRIMIDO A DIFERENTES ALTURAS

ALTURA PIES Y MTS. PRESION BAROMTRICA

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 diseo se desprende del fabricante de equipos de perforacin Bucyrus Erie COmpany, quien junto con disear y construir equipos, adicionalmente confeccion las barras de perforacin para lo cual tubo que buscar un diseo tal que cumpliera con las caractersticas que permitieran trabajar bajo condiciones mecnicas de trabajo al limite, su denominacin cubre aspectos dimensinales y de diseo, sus principales caractersticas son:

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

altas cargas de friccin. Angulo de inclinacin del cono roscado optimo para resistir esfuerzos alternados de

torsin, traccin, compresin, pandeos y flexiones. Angulo de inclinacin del cono roscado y longitud entre roscas ptimos para un

acoplamiento rpido del par torsor. Todas las roscas Beco tienen la misma altura, distancia entre hilos y ngulo de inclinacin

del cono roscado hembra y macho. Las roscas beco se construyen en relacin al dimetro de la barra de perforacin que se

usar. El espejo es la nica rea de sello de una conexin de barras, los hilos acoplados quedan

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

Las roscas beco van desde beco 3 hasta beco 10.

ROSCAS A.P.I.

Su origen y diseo corresponde al American Petroleum Institute En las primeras pocas de la perforacin rotativa era muy difcil asegurar la perfecta combinacin de hilos entre distintos fabricantes de barras de perforacin, motivo por el cual se solicit al A.P.I. La elaboracin de una norma que incluyera marcas de identificacin y caractersticas de diseo que aseguraran un alto grado de exactitud. Sus especificaciones cubren las propiedades mecnicas de los aceros con que se construyen, detalles de fabricacin, y dimensiones de barras con que sern usadas. Sus principales caractersticas son:

Rosca de paso fino, 4 a 5 hilos x pulgada. Angulo de inclinacin que facilita su acoplamiento Denominaciones normalizadas a.p.i. Que identifican sus caractersticas. Principales fuentes de uso, en triconos de perforacin mineros y petroleros y barras de

perforacin 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 y cada desde alturas de elementos por desgastes excesivos de las roscas. Para acoplar correctamente una unin roscada con hilo B.E.C.O. o hilo A.P.I. siga las siguientes instrucciones:

1) Asegure y fije el elemento que va a unir con la llave de sujecin hidrulica ubicada en la plataforma de trabajo.

2) Asegrese de que las roscas a unir estn libres de residuos slidos, como piedrecillas, restos metlicos, o residuos de otros materiales, etc.etc.

3) Si se observan residuos extraos se debe remover la grasa contaminada de la zona de unin y reemplazarla por grasa nueva.

4) En toda unin roscada solo se debe engrasar la rosca macho, si se engrasa la rosca hembra el aire de barrido la desplazar hacia el interior de la perforacin central de los elementos a unir llevndola hasta el tricono con el riesgo de obstruir sus conductos de refrigeracin.

5) Asegrese de que el alineamiento entre cabezal de rotacin y el elemento a unir se encuentren en el mismo eje, si observa un desalineamiento entre ellos infrmelo a su supervisor inmediatamente, un acoplamiento en esas condiciones genera una alta carga de friccin en los flancos de los hilos, dejando adicionalmente la unin roscada bajo permanente tensin.

6) Una ves engrasada la zona de unin, baje lentamente el cabezal manteniendo una baja rotacin y mnimo avance hasta que los conos roscados se topen.

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

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

9) Una vez topados los espejos POR NINGUN MOTIVO se debe aplicar torque al conjunto, la rotacin de trabajo es suficiente para iniciar la perforacin, esta condicin ser favorable para cuando se necesite soltar la columna.

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

11) No olvide engrasar el hilo Pin de la barra seguidora, esta lubricacin favorecer al adaptador superior de amortiguador a barras esto es muy importante ya que por la posicin en que quedan ambos elementos nunca se lubrican.

12) El inicio de la perforacin o empatadura tambin debe ser lenta, hasta que la columna se ha estabilizado dentro del pozo y se tengan tres puntos de apoyo, 1 El pozo, 2 La mesa de trabajo con su anillo gua, y 3 El cabezal de rotacin.

13) Utilice la llave de sujecin de cadena o mordaza para desacoplar las uniones roscadas, si no est habilitada o se encuentra en malas condiciones se debe dar aviso a la supervisin.

14) No se deben golpear los elementos para soltarlos, los golpes intermitentes generan fatigas en los aceros, las ondas de impactos transfieren energa directamente hacia los radios en el fondo de los hilos, los golpes causan micro fisuras que crecen en el tiempo y se transforman en grietas, metalrgicamente a esto se le conoce con el nombre de Proceso de fatiga y ruptura.

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

Resistencia del Acero

Pu

lld

ow

n

FALLAS COMUNES EN LOS ACEROS DE PERFORACIN. Es bien conocido que los metales son ms sensibles de fallar bajo cargas de trabajo estticas que bajo cargas de trabajo dinmicas. Los aceros tienen la capacidad de absorber cargas dinmicas o ciclos de esfuerzos de trabajo por un numero infinito de veces, siempre que los esfuerzos aplicados se mantengan dentro de los limites de resistencias que les corresponde, esto se observa en el grafico de la figura N 1 que es un simple ejemplo del comportamiento del acero bajo cargas de trabajo aplicadas y su comportamiento durante los ciclos de trabajo alternados o repetitivos

El grafico adjunto muestra un proporcin entre los esfuerzos aplicados y la resistencia del acero, esta proporcin se observa entre el punto O y el punto A.

En el eje y se representan las cargas o esfuerzos aplicados. En el eje x se representan los ciclos de trabajo. La recta O A representa la resistencia del acero bajo cargas de trabajo si la tensin no supera el punto A cualquier cantidad de ciclos no causara fallas. A partir del punto A hasta B la recta se horizontaliza, se dice que el acero a dejado de resistir y a pasado desde el punto de elasticidad al punto de plasticidad, a partir del punto B de la recta el colapso del acero ser inminente solo depende del tiempo en que esta condicin se mantenga. Un ejemplo clsico es el siguiente: Imaginar un clavo de acero dulce con una resistencia mecnica de 27.000 lbs./ pulg. el clavo no se romper cualquiera sea el N de ciclos que acten sobre el, sin embargo con 30.000 lbs./pulg. el clavo se romper a los 2.000.000 ( dos millones ) de ciclos, y a una tensin de 48.000 lbs./pulg. que es l limite de resistencia elstica el clavo se romper inmediatamente. Todas las fallas o rupturas por esfuerzos cclicos se llaman fallas por fatiga de material.

DAOS Y FALLAS POR FATIGAS QUE AFECTAN A LAS BARRAS DE PERFORACIN. Las velocidades crticas de rotacin y altas cargas de empuje sobre el tricono de perforacin causan vibraciones y a menudo son las causantes del rpido deterioro de las barras, sea por desgastes excesivos o fallas por fatigas. Est comprobado que bajo condiciones criticas de perforacin, sea por formaciones duras y por derrumbes de pozos se requiere aplicar una mayor potencia del equipo a los aceros de perforacin, esta necesidad de aplicar mayor potencia del equipo a los aceros es la evidencia de que los operadores estn trabajando bajo condiciones criticas. Fallas Por Traccin. Las fallas por traccin se pueden producir mientras se esta tirando de las barras de perforacin aprisionadas en un derrumbe del pozo. En la medida que el esfuerzo de traccin sobre las barras exceda el limite de fluencia del acero el metal tiende a deformarse gradualmente concentrando la mayor tensin del esfuerzo aplicado sobre las paredes ms delgadas de la barra o la zona de fondo de los hilos, estas son las zonas de mayor concentracin de tensiones.

Fallas Por Fatiga. La falla por fatiga es la ms comn entre las barras de perforacin, tambin esta visto y demostrado que es la menos comprendida por los operadores y en general por la gente ligada a la perforacin, generalmente los anlisis y conclusiones a los que llega la gente en terreno son incorrectas porque se confunden las causas y efectos que actan en un proceso de fatiga. En primer termino se debe tener siempre presente que una fatiga y ruptura es un proceso que evoluciona en el tiempo, la rapidez de inicio y termino de un proceso fatiga y ruptura depende solamente de las condiciones extremas en que se esta desarrollando, un ejemplo caracterstico e inevitable de un proceso de fatiga y ruptura que esta en desarrollo y que solo es cosa de tiempo para que se produzca el colapso es la curva de pandeo extrema a la que se somete la columna de perforacin cuando la zona de perforacin es dura , alterada, con fallas o grietas.

Tambin se generan fatigas de material cuando las condiciones mecnicas de los equipos no son las mas adecuadas tal es el caso de las torres de perforacin deformadas, con desviaciones o desnivelaciones, tornamesas de trabajo defectuosas, con desgastes, cremalleras o correderas de cabezales con desgastes etc.etc. Las barras de perforacin son fabricadas con aceros con un alto punto de fluencia a la torsin, traccin y compresin, por lo tanto soportaran los esfuerzos aplicados mientras estos estn dentro de sus lmites de ruptura o de fluencia elstica.

Debemos insistir en que el mecanismo de falla por ruptura es progresivo en el tiempo, su proceso comienza con una pequea deformacin submicroscopica de los tomos del acero y producto de esfuerzos mecnicos alternados se genera calor , bajando la resistencia cohesiva de los componentes de la estructura del acero, este fenmeno a su vez va formando micro fisuras que se van uniendo progresivamente hasta hacerse visibles, la direccin que la grieta toma es transversal al eje del cuerpo que esta siendo afectado, esta es la razn por la cual las fallas ocasionadas por grietas producidas por fatigas siempre son circunferenciales. En todo acero de perforacin la composicin qumica, su micro estructura, la terminacin mecnica de sus superficies y las propiedades mecnicas del acero determinan su lmite de fatiga. De manera aproximada el acero de las barras de perforacin tiene una resistencia a la fatiga igual a la mitad de su resistencia a la traccin, por otro lado las entalladuras producidas por la forma geomtrica de su diseo tambin tienen un gran efecto sobre su resistencia a la fatiga. Las barras de perforacin y los adaptadores superiores, intermedios o de otro tipo sometidos a ciclos de esfuerzos de traccin, compresin stn, pandeo, torsin y flexin. Los esfuerzos mas criticos son los de compresion y pandeo, la magnitud de cualquier esfuerzo se acrecienta por efecto de las vibraciones, las que a su vez son las causantes de los sobre aprietes de hilos en las columnas de perforacin, de aqu la importancia de contar con un buen diseo de amortiguador de impactos y vibraciones. Una interpretacin negativa de una falla producida por fatiga es que el acero se cristaliza, en realidad todos los aceros tienen una estructura cristalina , en el caso de las fallas el tamao de los cristales no varia y la ruptura o grieta es transversal a los planos del cristal , la apariencia frgil que resulta de la estructura se debe al trabajo de endurecimiento en la superficie de la fractura . Dentro de las principales recomendaciones para un adecuado uso de las barras de perforacin se deben considerar las siguientes.

Al iniciar la perforacin las R.P.M. y el PullDown deben ser lentos permitiendo que la columna se estabilice y as reducir las curvas de deformacin por pandeos.

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

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

Est comprobado que una mala empatadura de la perforacin solo generar tiros torcidos, tensionando de manera permanente la columna de perforacin, el tricono de perforacin tambien se ve afectado ya que su rotacin o giro no ser uniforme y su estabilidad en el fondo del hoyo afectar siempre a un cono mas que a los otros, adicionalmente los tiros desviados provocan espaciamientos entre ellos que alteran la fragmentacin de la roca lo que puede ser un problema serio para su carguo y su remolienda.

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

Steel (Naranjo) Alloy (Burdeo)

Especificacin ASTM A106 ASTM A519

Grado B 4140 Templado y Revenido

Condicin Acabado en caliente Acabado en caliente

Limite elstico 35.000 lbs / pulg 90.000 lbs / pulg

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ASTM A519 grado 4140, es un tubo que dimensionalmente es ms preciso que el ASTM A106 grado B denominado acero dulce.

Existen Tres Tipos De Fallas Por Fatiga De Material.

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

Fatiga por entalladura, que es una ruptura asociada a una entalladura de tipo mecnica producto de la forma geomtrica del elemento o causada por un elemento extrao en la perforacin.

Fatiga por desgaste, que se produce por la erosin o abrasin a que ha estado sometido el elemento durante sus ciclos de trabajo.

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

PROBLEMA

ORIGEN

SOLUCION

Desgaste prematuro de hilos

Excesiva rotacin, excesivo PullDown, falta de lubricacin, baja frecuencia de lubricacin, desalineamiento de cabezal.

Bajar rotacin y Pull Down al mnimo, aumentar frecuencia de lubricacin, corregir desviacin de cabezal de rotacin.

Ruptura de hilos Pin y fisuras en hilos Box

Pandeo excesivo en la columna, golpes contra la llave de servicio.

Reducir PullDown al inicio de la perforacin, no aplicar torque a la unin de barras para evitar el sobre apriete y posterior golpe contra la llave de servicio.

Dobladura de barras

Movimiento del equipo con barras en el pozo, desviacin de cabezal de rotacin, torres desniveladas, exceso de Pull Down con barras gastadas.

Antes de mover el equipo asegurarse de retirar las barras del pozo, corregir desviacin de cabezal de rotacin, corregir verticalidad de torre y confirmar con niveles de cabina, reducir PullDown con barras gastadas y sobre todo en formaciones duras.

Cortadura de barras

Pull Down excesivo con barras gastadas, pandeo extremo en barras gastadas, entalladuras por roce en el acero.

Reducir PullDown con barras gastadas y sobre todo en formaciones duras, retirar del equipo barras que con entalladuras ocasionadas por friccin contra rocas duras

Ruptura de anillos guas

Golpes contra barras torcidas, golpes contra Deck Hole con deformaciones o desgastes.

Retirar barras torcidas de la perforadora, reparar Deck Hole.

Desgastes asimtricos de anillos guas

Perforacin con barras torcidas, anillos trabados por suciedad interior, sedimentos en el interior, Deck Hole en mal estado.

Retirar barras torcidas de la perforadora, reparar Deck Hole, retirar y destrabar anillos guas con lquidos lubricantes.

Amortiguadores en mal estado

Desgastes de piezas, fugas de aire, montaje defectuoso.

Retirar amortiguador y reemplazar por uno en buen estado, corregir montaje.

Vibraciones en la columna

Tricono en mal estado, Tricono inapropiado, formacin demasiado dura, falta de PullDown, exceso de rotacin.

Cambiar tricono, instalar tricono apropiado, aplicar PullDown gradualmente, reducir rotacin gradualmente.

Sobre apriete en hilos

Vibraciones en la columna, pandeos excesivos, falta de lubricacin en los hilos.

En columna single pass desacoplar barras cada dos turnos para eliminar tensin de los espejos y reengrasar.

Daos en hilos de triconos

Acoplamiento defectuoso, desalineamiento de la columna, mesa desnivelada, llave corta triconos en mal estado, golpes contra los hilos.

Controlar alineamiento de cabezal de rotacin, reducir avance y rotacin al mnimo, verificar estado de Deck Hole y de llave corta triconos y corregir de ser necesario.

Desviacin de tiros

Empatadura defectuosa, desnivelacin de torre, torre torcida, gatos hidrulicos defectuosos.

Corregir nivelacin de torre y verificar con niveles de cabina, reparar defectos en torre de perforacin, corregir defectos en gatos hidrulicos.

Atrapamiento de columna dentro del pozo

Perdida de aire a travs de grietas, formacin de lodo en el fondo del pozo, derrumbe de pozo, escariado de las paredes del pozo.

Inyectar agua o aditivos a la perforacin para estabilizar y /o sellar las paredes, repasar la perforacin para limpiar el fondo del pozo, retirar estabilizador para eliminar escariado de pozo en formaciones blandas, gravas, arcillosas o sedimentarias.

Desgastes prematuros en barras

Columna torcida dentro del pozo, pozo desviado, desnivelacin de equipo, exceso de presin de barrido.

Retirar columna torcida, controlar Pull Down al iniciar la perforacin, controlar estabilidad del piso de la perforadora, regular aire de barrido en el compresor o nobles de los triconos.

ESTNDARES CON NORMAS Y PROCEDIMIENTOS PARA EL USO DE EQUIPOS Y ACEROS DE PERFORACIN.

Es claro que las gerencias y/o superintendencias de cada faena minera son dueas de sus propios manuales e instructivos de perforacin por lo tanto tambin responsables de ellos, el

presente manual de perforacin Thiessen solo pretende destacar las caractersticas bsicas y fundamentales que los operadores deben considerar en cualquier proceso de perforacin en los cuales participan. Condiciones De Trabajo Del Area De Perforacin. Toda rea de trabajo segura para la operacin de perforacin, debe considerar los riesgos asociados a ella, tale como, Taludes, caras libres, Charcos de agua, Galeras subterrneas, esto incluye, las estacas indicando grados de pendientes e informacin de riesgos que puedan existir. El rea de perforacin esta definida como la seccin de la mina donde se realiza el proceso de perforacin como primera etapa del proceso general de la tronadura y debe cumplir con los siguientes estndares. Pisos. El piso como rea de perforacin debe ser uniforme, sin obstculos, ondulaciones, ni formas irregulares, debe estar libre de material suelto y contar con un fcil acceso. Del mismo modo debe contar con drenajes que eviten su inundacin 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 x un metro de ancho y a 4 mts. De la primera fila de pozos. Sealizacin: Una vez terminada la malla de perforacin debe colocar avisos de Zona de perforacin . Asegrese que los avisos se mantengan visibles, se deben colocar a una distancia de ocho metros de las estacas separados entre si por 30 mts. La sealizacin del rea de perforacin debe mantener los cables elctricos areos, si existen, por fuera de esta rea. En caso de que el cable areo pase por el rea de perforacin se deben colocar avisos de lado y lado del cable de tal manera que el equipo de perforacin nunca perfore debajo de este. Demarcacin de profundidad: Las estacas de localizacin de los pozos a perforar deben ser de una altura mxima de 30 cms. e indicar la profundidad del pozo en mts y deben ser visibles en la noche. La informacin registrada en las estacas debe quedar de frente al sentido de entrada a perforar en el equipo de perforacin. Cables elctricos. Los cables elctricos de equipos ajenos al rea de perforacin deben estar distanciados por lo menos 10 mts. Las reas sealizadas por avisos de perforacin no deben contener cables elctricos areos. reas En Talud La pendiente mxima del rea en talud, despus de preparada, debe ser menor a 18 grados. Las reas en talud deben ser uniformes , sin ondulaciones ni formas irregulares, libres de material suelto, en caso de rampas en desuso deben estar libres de material triturado, cuando se tienen taludes con pendientes mayor a 18 grados se debe hacer una plataforma en la cresta del talud y se arregla el pie del mismo. El pie del talud debe permanecer libre de material, si la preparacin es hasta la mitad del talud, se deben dejar salidas cada 10 mts. Aprox. Esta rea tambin debe contar con drenajes para acumulacin de aguas por napas o acumulacin de lluvias.

ESTNDARES DE SEGURIDAD DE UN EQUIPO DE PERFORACIN.

Se debe contar con los equipos de perforacin en optimas condiciones de uso para realizar la operacin de perforacin considerando los riesgos inherentes a la operacin con ellos, estos riesgos pueden ser los siguientes, Incendios, volcamientos, accidentes por atrapamiento de partes en movimientos, golpes contra puntos expuestos del equipo, cadas desde altura etc,etc. Por tal razn los operadores de estos equipos siempre deben tener presente que los estndares de operacin de un equipo son el conjunto de requisitos que este debe cumplir para ser operado en el rea de la mina de manera segura para el. Los equipos se deben operar idealmente sobre terrenos planos, si entran a mantencin deben ser ubicados en reas despejadas de movimiento y libre de cables elctricos, sus orugas no deben tener cadenas con exceso de tensin, el equipo no se debe instalar en la direccin de rumbo a perforar, asegure como mnimo la nivelacin horizontal o lateral del equipo con los cilindros de nivelacin cercanos a la cabina y siempre que se pueda con todos los gatos. Antes de iniciar la perforacin compruebe con los niveles de cabina y el diagrama de volteo del equipo que no est sobrepasando los grados de inclinacin mximo permitidos para la condicin en que se encuentra.

Perforacin De Pozos. La perforacin de pozos es el objetivo y tarea principal del operador del equipo, esta se debe ejecutar de forma segura y eficiente, el trabajo se inicia cuando el operador instala el equipo en posicin en el lugar indicado y termina cuando se ha sacado totalmente las barras de perforacin del pozo perforado. Procure no operar el equipo dentro de un rea de carguio, en el evento que se requiera avise al jefe de turno o jefe directo del rea y tome todas las medidas preventivas establecidas segn el estndar de la mina. Pasos a seguir:

1. Ubique el equipo en posicin de trabajo en el lugar sealado por las estacas, de acuerdo al plan, perfore en orden ascendente y en filas completas.

2. Nivele el equipo con los gatos y djelo descansar sobre ellos, trate de dejar las orugas haciendo contacto con el suelo.

3. Levante la torre de perforacin 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 rotacin

y aumente gradualmente la presin 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 presin de empuje y menor rotacin, en terrenos blandos aplique menor presin de empuje y mayor rotacin, con base en lo anterior gradu la vlvula de empuje automtico si el equipo la tiene disponible.

8. Cuando el extremo superior (Lado de hilo Pin) de la primera barra llegue hasta la plataforma de trabajo del equipo, asegrela con la llave de sujecin.

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

10. tome la barra haciendo rotar y avanzar lentamente el cabezal de rotacin y continu con la perforacin.

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

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 llave

de sujecin y desenrsquela lentamente con baja rotacin y bajo avance, luego gurdela en el cargador de barras, posteriormente y en las mismas condiciones tome la primera barra ( Patera ) gurdela y cierre el cargador, en terrenos blando o de fcil derrumbe limpie el pozo con el aire de barrido aplicndolo desde el fondo.

13. Anote en la hoja de registro la profundidad real perforada. 14. Verifique que la llave de sujecin est totalmente retrada y guardada cuando levante las

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

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

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

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

dentro del rea delimitada por los avisos de seguridad si el terreno est plano y las condiciones lo permiten.

19. Ponga la torre de perforacin en posicin horizontal para trasladar el equipo cuando las condiciones de terreno sean irregulares o no den seguridad para el traslado en posicin vertical

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

adaptadores, anillos guas, tazas porta barras y amortiguadores. 22. Este atento y reporte cualquier anormalidad mecnica o elctrica que observe durante la

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

perforacin 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. Perforacin de Pozos en Pendientes. En estas condiciones de perforacin al trabajar con el equipo en planos inclinados las medidas de seguridad deben ser extremadamente rigurosas, el principal riesgo es el volcamiento, por tal razn el operador debe tener especial cuidado y atencin en la informacin que debe recoger en el rea de trabajo, por ejemplo, debe observar la estaca que seala los grados que tiene la pendiente, tambien se debe asegurar que el rea no tenga material suelto ni irregularidades. Se recomienda aplicar el siguiente procedimiento:

1. Determine la pendiente del talud, no perfore cuando el ngulo sobrepase los 18. 2. Asegrese de que el rea 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 ngulo predeterminado.

4. Ponga la torre en el ngulo requerido, una vez en posicin asegrelo con el pasador del seguro de inclinacin.

5. Inicie la perforacin siguiendo el procedimiento antes indicado. 6. Debe haber supervisin permanente cuando el talud a perforar es hacia la cara libre, ya

que eventualmente se pueden deslizar las capas hacia el vaco.

Perforacin de pozos bajo el agua. Esta condicin es tal vez una de las mas complejas dentro de las tan variadas condiciones de perforacin, para ello el operador del equipo deber tener necesariamente un grado de

experiencia tal que le permita detectar y tomar decisiones de manera rpida y eficaz dado a que por la condicin de trabajo bajo el agua la condiciones y los aceros de perforacin no son fciles de controlar como en los casos de pozos secos, deber sumar a su capacidad tcnica su intuicin para sentir y detectar otros tipos de reacciones, sonidos y nuevas e impredecibles variables. Las necesidades de disponer del aire necesario varan conforme las condiciones de dimetros, profundidades del pozo y tipo de terreno. Cuando se est perforando con un tricono o un martillo de fondo se necesita una mayor cantidad de aire para limpiar el pozo, a esto se le conoce con el nombre de Presin de descarga. Una columna de agua 30,5 mts. Necesita de 43,5 p.s.i. De contra presin 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 sealan que por cada 100 pies, es decir 30.5 mts de agua en el pozo se necesitan 43.5 libras de presin para vencer la columna de agua. Una vez vencida la presin hidrosttica la presin de aire se aplicar a la operacin sea con tricono o con martillo de fondo. Si el aire no fuera suficiente para vencer la presin hidrosttica de la columna de agua se recomienda el uso de equipos auxiliares para inyectar aire como compresores en paralelo o Booster.

ELEMENTOS QUE COMPONEN LA COLUMNA DE PERFORACIN La columna de perforacin es uno de los componentes ms caros de un equipo de perforacin, por lo que su duracin determinar si su inversin econmica ha sido amortizada o a originado prdidas a la compaa. AMORTIGUADORES. El amortiguador de vibraciones o de impactos, es uno de los elementos ms importantes en el conjunto de la columna, su trabajo consiste fundamentalmente en absorber parte de la energa liberada por el tricono de perforacin que no ha sido utilizada en romper la roca. Considerando la evolucin tecnolgica de los aceros de perforacin y la constante exigencia por mayor productividad en las minas, este accesorio es parte vital para un buen desempeo en la operacin. Un buen diseo de este accesorio es aquel que tiene incorporado como elemento principal en su estructura una gran masa amortiguadora de impactos que absorba golpes y vibraciones no deseadas que provocan daos a los equipos y afectan a la perforacin. Los efectos directos ms frecuentes en la operacin por un amortiguador defectuoso o por la ausencia de este son las sgtes.

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

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

Daos en la estructura de las torres de perforacin y puntos de uniones soldadas. Desviacin en el rumbo de la perforacin. Vibraciones excesivas en cabina de control.

Los daos antes sealados son generados por las solicitaciones mecnicas que actan de manera constante o alternada sobre la columna de perforacin y transfieren energa a travs del tricono hasta el amortiguador de vibraciones e impactos. Definiremos de la forma ms simple posible cada una de estas solicitaciones mecnicas tambin llamadas esfuerzos mecnicos e indicaremos como actan en una columna de perforacin.

DESPIECE DE UN AMORTIGUADOR DE IMPACTOS Y VIBRACIONES.

Vibraciones: Son de tipo vertical y rotativas, las vibraciones tal vez sean las que ms daos ocasionan debido a que son absorbidas por la estructura y componentes que estn en movimiento durante la fase de trabajo, generando inevitablemente en el tiempo fatigas de materiales, las vibraciones se deben entender como la energa que se ha transformado y que no fue utilizada por el tricono en la perforacin. Los rodamientos, engranajes, cadenas de transmisin, puntos de uniones soldadas, soportes de fijacin, pasadores, bujes . Son los componentes mas afectados por las vibraciones , cuando estas vibraciones son directas y permanentes los daos pueden ser frecuentes, por lo tanto los costos por reparaciones tambin tienen un alto costo.

Pandeos. Se asocian directamente a las cargas de compresin, pero por definicin el pandeo es una flexin compuesta. El efecto de pandeo se presenta solo cuando los cuerpos que soportan la compresin son excesivamente largos en relacin a sus dimetros, es el caso de una columna de barras, siempre se debe considerar que la resistencia al pandeo es funcin del espesor de las barras y su dimetro. Generalmente se confunde con el efecto de la flexin. Flexiones. Estas se producen por efectos de esfuerzos paralelos aplicados al eje central de la columna de perforacin, ejemplo de esfuerzos paralelos tenemos cuando los cabezales de rotacin estn descentrados, cuando las empataduras quedan desviadas, cuando los anillos guas y/o sus mesas estn fuera de medidas, tambin se presentan cuando las cremalleras de las torres de perforacin estn con desgastes y los cabezales de rotacin se deslizan de forma deficiente. Compresin y traccin. Ambos esfuerzos se presentan cuando las cargas o fuerzas aplicadas al tricono de perforacin pasan por el centro de la columna o por su eje, por ejemplo, el pulldown es una carga de compresin y el pullback es una carga de traccin. Torsin. La rotacin necesaria que se transmite desde el cabezal de rotacin travs de las barras hacia el tricono de perforacin genera un efecto torsional, para acoplar las barras entre s o el tricono al adaptador se necesita un movimiento de torsin o de giro, esta fuerza acta totalmente perpendicular al eje de la columna de perforacin y es la que junto a la compresin permiten al tricono penetrar en la roca y triturarla.

ADAPTADORES SUPERIORES. La columna o tren de barras contina con los adaptadores superiores que como primera funcin permiten acoplar elementos con diferentes uniones roscadas, como su nombre lo indica adaptan diferentes tipos de roscas o pueden adaptar elementos de diferentes dimetros, adicionalmente estos adaptadores cumplen una segunda funcin como elementos de desgastes, impidiendo daos en los hilos de los spindler de los cabezales de rotacin y en los hilos de los amortiguadores. La lubricacin en los hilos de unin hacia las barras es fundamental para prolongar su vida til, solamente los hilos machos de los adaptadores se deben engrasar, los hilos hembras no se engrasan porque el flujo de aire los impulsa al fondo de la columna y pueden obstruir las toberas de refrigeracin y lubricacin de los triconos. Los adaptadores, as como los otros componentes de la columna son fabricados en aceros de alta resistencia, razn por la cual se debe evitar al mximo aplicar soldaduras para

fijarlos a los amortiguadores, un calentamiento excesivo en las zonas de unin con el amortiguador provoca revenidos en el acero alterando su estructura metalografa y alterando su resistencia mecnica. El punto de fusin de un arco de voltaico esta entre los 4000 a 5000 c. Estos choques trmicos producen cambios estructurales en las zonas inmediatas a los cordones de soldaduras. Si se considera como opcin la practica de soldar planchas de seguridad en estas zonas para evitar el desenrosque de los elementos se debe tener en cuenta por parte de los soldadores tres aspectos bsicos y elementales.

1. Precalentar la zona de unin a temperaturas entre 250 a 300 c. 2. Una vez aplicada la soldadura proteger las zonas soldadas con mantas trmicas para

evitar las contracciones violentas por corrientes de aire. 3. Por ninguna cirscuntacia soldar la unin roscada por los espejos de las mismas.

Las planchas de seguridad que eventualmente se podran soldar pueden ser dos , tres o cuatro distribuidas simtricamente y de las mismas dimensiones.

BARRAS DE PERFORACIN Inmediatamente debajo de los adaptadores superiores se ubican las barras de perforacin, se pueden definir como elementos de extensin y de unin que transfieren la energa de rotacin y empuje desde el cabezal de rotacin a la herramienta de corte o tricono de perforacin conduciendo internamente el aire necesario para generar la evacuacin del material cortado desde el fondo de la perforacin a la superficie. Las longitudes, los dimetros, los hilos y sus diseos obedecen exclusivamente al tipo de maquina en que sern usadas. A excepcin de algn accesorio especial, no hay otro elemento en la columna de perforacin que est sometido a condiciones de trabajo tan extremas y severas como las barras de perforacin. Por tales motivos para la confeccin de esta vital herramienta de perforacin se deben combinar la experiencia de los ingenieros de diseo con la total cooperacin de los usuarios en terreno para conseguir el mximo de rendimiento de estos elementos beneficindose al extender su vida til. Cada barra de perforacin tiene una identificacin nica e irrepetible para hacer un seguimiento durante el periodo que dure su vida til, utilizando esta informacin el fabricante puede realizar mejoras a su diseo y adaptarlo a las condiciones de terreno. Las barras de perforacin no obedecen a un estndar de fabricacin, este depende como se ha sealado principalmente del terreno donde se usaran, bsicamente su diseo consiste en un tubo de unin entre un terminal con rosca macho y un terminal con rosca hembra, razn por la cual la vida til de las barras se mide por el desgaste que gradualmente va sufriendo la pared de dicho tubo. Independiente de lo anterior, las barras se pueden especificar por el espesor de pared del tubo sealado, cuando las condiciones de dureza de roca exigen una mayor energa de empuje se necesita que las barras puedan tener una mayor

resistencia a las cargas de compresin, por tal razn su espesor de pared debe ser necesariamente mayor.

Dada La Importancia Y Alto Costo Que Pueden Tener Las Barras De Perforacin Daremos Algunas Recomendaciones Para Su Uso Y Seleccin.

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

En general siempre sern recomendable las barras de pared ms gruesa, sin embargo por el mayor peso esta recomendacin estar limitada a la capacidad de la perforadora.

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

Tamao y profundidad del tiro.

Volumen medio de circulacin de aire.

Cargas de torsin, tensin y compresin.

Disponibilidad de llaves de sujecin.

Logstica para el transporte y manipulacin.

Condiciones de manutencin y cuidado.

ADAPTADORES DE TRICONO (BIT SUB)

En la parte inferior de la columna de perforacin se ubican los adaptadores de tricono a barras que unen las barras de perforacin con los triconos de perforacin, su funcin es similar a los adaptadores superiores, en algunos casos deben unir elementos con roscas diferentes, pero nunca unir elementos con diferentes dimetros. Es el elemento de una columna que esta expuesto a las ms severas condiciones de desgastes por abrasin las que se originan en el fondo de la perforacin. Histricamente los adaptadores de triconos cumplan funciones de estabilizadores de la columna de perforacin, para lo cual se confeccionaban con rodillos giratorios o aletas de aceros antiabrasivos dispuestas en sentido longitudinal o helicoidal. El rpido desarrollo de la ingeniera en la construccin de nuevos triconos de perforacin trajo como consecuencia un aumento en la velocidad de la perforacin, llmese aumento de r.p.m. Y carga sobre el tricono mismo, razn por la cual la cantidad de material removido deba ser extrada desde el fondo del pozo en el menor tiempo posible con el propsito de mantener limpio el frente de corte. Al evacuar el material removido tambin se disminuye la gran turbulencia que va gastando los faldones del tricono, el cuerpo del adaptador y de manera ascendente el resto de los componentes de la columna, el desgaste de los faldones del tricono y el cuerpo del adaptador es ocasionado por la mencionada turbulencia y remolienda del tricono al repasar las partculas ms pesadas que no alcanzan ha ser levantadas por el aire de barrido.

El flujo de material turbulento que se ubica en el fondo de la perforacin es causado por el aire a alta presin que sale desde las toberas del tricono, las tres toberas de barrido mas la rotacin necesaria para la ruptura y remocin del material a cortar son los que generan la turbulencia. Esta turbulencia pasa a un flujo de evacuacin la minar cuando ya se encuentra aproximadamente a una altura de un metro desde el fondo del pozo. Una alta velocidad de barrido solo aumenta la turbulencia del material y acelera el desgaste de los aceros, por otro lado cuando la cantidad de agua utilizada para controlar la emisin de polvo es excesiva, el dao a los rodamientos de los triconos es inminente as como el efecto de arenado en los aceros de perforacin. Por las condiciones de trabajo mencionadas es que el estabilizador de rodillos y/o de aletas fue reemplazado por un cuerpo liso, es decir la geometra del adaptador o bit sub debera ser perfilada de tal manera que presentara la menor resistencia posible a la evacuacin del material removido a altas velocidades. Tal como lo hemos sealado las mayores exigencias en trminos de mayor productividad en los centros mineros trajo consigo la evolucin tecnolgica en los diseos de los aceros de perforacin, de tal manera que la rentabilidad o bajo costo de los mismos hoy DIA es un factor clave para el anlisis tcnico econmico de cualquier proyecto minero, razn por la cual los fabricantes de aceros de perforacin para la minera han debido hacer uso de nuevas tcnicas de fabricacin que permitan aumentar la vida til de los elementos con el propsito de controlar el valor del metro perforado llevndolo a l menor costo posible de obtener en razn de aumentar la vida til de cada elemento. Por esta razn es que en el caso de los adaptadores de triconos principalmente se estn utilizando recubrimientos antiabrasivos como proteccin al desgaste por erosin y friccin que son las nicas causas de desgastes que los afecta, estos recubrimientos pueden ser fundamentalmente en base a depsitos con aleaciones de carburos de cromo o depsitos con carburos de tungsteno, la eleccin de uno u otro pasa por un anlisis tcnico econmico que permita ofrecer la mejor alternativa al usuario. En cualquiera de los casos se usaran indistintamente tanto en adaptadores de triconos como en recubrimientos para los terminales de las barras sean pin o box.

ANILLOS GUAS ROTATORIOS

La importancia de este accesorio generalmente no es plenamente reconocida por los usuarios as como tampoco su adecuado uso y manipulacin. Sin embargo en el tem de la columna de perforacin el costo de este accesorio puede llegar a ser altamente incidente si no se controla debidamente su uso en la operacin, los principales daos se producen por golpes que reciben a travs de la columna de perforacin cuando el terreno que se est perforando es muy duro, en estas condiciones de perforacin las barras estn siendo sometidas a una gran carga de empuje lo que a su ves da origen a grandes curvas de pandeo que asociadas a la rotacin en conjunto con las vibraciones son los mayores causantes de golpes y daos en los anillos guas. El diseo de estos accesorios considera que su buje interior gire sobre dos o tres pistas de rodaduras en las cuales estn las bolas de acero que permiten la rotacin del buje interior reduciendo su coeficiente de roce, la cantidad de pistas de rodadura depende del dimetro del anillo gua y por consecuencia del dimetro de las barras de perforacin. Los cuerpos exterior e interior de los anillos guas se fabrican en aceros de alta resistencia mecnica con tratamientos trmicos, sin embargo las durezas que estos alcanzan en las pistas de rodaduras as como la dureza de las bolas no pueden ser mayores debido a los impactos permanentes a que estn expuestos, una mayor dureza solo afectara su vida til ya que la resistencia a los impactos se reduce notablemente.

Los anillos guas montados sobe rodamientos tienen una importancia vital en la verticalidad de la columna de perforacin, si los tiros a perforar son inclinados entonces el buen estado de estos accesorios tiene aun mas relevancia dado a que su ajuste reduce las desviaciones en los tiros y tambin reduce las vibraciones.

Nunca se debe golpear un anillo gua, el flange de fijacin a la mesa de trabajo es la parte ms sensible de ser daada por impactos, al momento de ser instalados estos deben deslizarse suavemente dentro de la perforacin de la mesa. El control de desgaste se realiza en el buje interior, es recomendable que este desgaste no sea mayor a por lado, es decir 1 de desgaste total en su dimetro interior.

RECOMENDACIN PARA EL USO DE LOS ELEMENTOS DE PERFORACION.

. Aun cuando los aceros hayan estado debidamente almacenados se deben inspeccionar las roscas machos y hembras, as como sus espejos, deben estar siempre limpios y libres de daos ocasionados por golpes. Antes de poner en uso los aceros de perforacin se deben lubricar con grasas con altos contenidos de cobre micro pulverizado.

Cada vez que se reutiliza un acero se debe remover la grasa acumulada en sus zonas roscadas, para eliminar impurezas que impidan su acoplamiento normal y permitir la adherencia del nuevo lubricante. Acoplamientos de uniones roscadas, barras, adaptadores, etc. Las recomendaciones de limpieza y lubricacin de hilos son extremadamente importantes para la vida til de las uniones. Existen tambin otras variables de gran importancia que se deben tener en cuenta para la extensin de la vida til de las uniones, las roscas nuevas son ms susceptibles de ser daadas que las uniones con desgaste, esto debido a que con el uso los perfiles van sufriendo desgastes que facilitan su engrane, por lo tanto los primeros acoplamientos son de gran importancia para la vida til de las roscas. Las siguientes recomendaciones se deben tener presente al acoplar un conjunto roscado, sea entre barra- barra, barras-adaptadores, o adaptadores a triconos.

La rotacin al acoplar debe ser lenta, el desplazamiento descendente debe ser equivalente al paso de la rosca.

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

Una rotacin mayor que el desplazamiento indicado genera un montaje entre los hilos con desgarramiento de acero.

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

En las columnas multipass es comn que la vida til de los hilos se vea reducida por desgastes prematuros en sus hilos, la razn radica en el constante acople y desacople de las uniones, la tendencia de algunos operadores es ejecutar esta operacin en el menor tiempo posible pasando por alto las recomendaciones anteriores. Los daos en los hilos se producen por el constante acoplamiento o desacoplamiento de las uniones, durante el trabajo las uniones roscadas estn sometidas a altas cargas de friccin y torsin, razn por la cual debe haber siempre una pelcula protectora o de separacin entre metal con metal, la lubricacin adecuada y una buena calidad de lubricante pueden controlar en gran medida estos daos.

El sobre apriete de una columna de barras es producto de las cargas intermitentes de torsin, flexin y vibraciones que actan sobre la columna principalmente cuando la dureza del terreno es muy alta.

Las fallas ms frecuentes de las roscas son

Desgastes por excesiva rotacin o excesivo empuje al acoplar. Ruptura de hilos por micro grietas en el acero generado por una mala lubricacin. Ruptura de hilos por fatiga de material provocadas por altas curvas de pandeo. Ruptura de hilos machos y/o hembras por sobre esfuerzos torsionales cuando la roca a

perforar es muy dura.

Es importante sealar que el mecanismo de falla que provoca la ruptura en un hilo macho y/o hembra siempre es un esfuerzo mecnico extremo, sea por pandeo, flexin, o torsin, bajo estas condiciones los hilos van sufriendo lentamente un proceso de deformacin hasta sobrepasar su limite de resistencia elstica llegando a la deformacin permanente y su consiguiente ruptura. El mayor riesgo de fatiga y ruptura de hilos y/o barras se manifiestan en los primeros metros de perforacin, en la empatadura de los pozos, por tal razn es estrictamente necesario que el pulldown aplicado as como la rotacin sean bajas, de tal forma de no producir desviaciones o pandeos , que son las causas de fatigas y rupturas, esta condicin debe ser aplicada obligatoriamente en los primeros dos a tres metros, hasta que la columna ha conseguido estabilizarse lo suficiente apoyndose en el cabezal de rotacin, la mesa de trabajo y las paredes de la perforacin, esta es la nica forma de reducir el riesgo de ruptura de hilos y barras . Los sobre aprietes de hilos tan comunes en las columnas de perforacin principalmente cuando son de un solo paso (singlepas) son los principales causantes de rupturas en las zonas cercanas a los espejos de las uniones, cuando la resistencia de la roca a ser perforadora es muy alta una parte de la energa de empuje aplicada al tricono se libera transformndose en vibraciones y pandeo, estas a su ves causan dilataciones y contracciones permanentes en el acero, tal como se ha explicado en un capitulo anterior en estas condiciones en el acero comienza un proceso progresivo de deformaciones submicroscopicas en sus tomos generando calor y bajando la resistencia cohesiva de los componentes de su estructura, el proceso continua evolucionando hasta formar las primeras micro fisuras imperceptibles a simple vista, una vez que estas se van uniendo se transforman en grietas y se pueden observar fcilmente porque toman una direccin circular o transversal al eje del cuerpo afectado. Es por esta razn que cuando la columna de barras es single pass se debe incluir dentro del procedimiento de trabajo soltar la unin roscada para liberar la tensin acumulada por lo menos cada 2.000 a 2.500 mts. Esta ser la nica forma de reducir los sobre aprietes y rupturas de hilos en los terminales machos y grietas en el lado hembra de un tren de barras.

La resistencia a la torsin de una unin roscada es funcin de muchas variables, estas incluyen la resistencia del acero, el tamao de la conexin, la forma de la rosca, su paso su conicidad y el coeficiente de friccin 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 rotacin descentrado

Altas curvas de pandeo sobre la columna, fatiga de de aceros y ruptura de hilos Pin y fisuras en hilos Box, desgastes asimtricos en faldones de triconos, altas cargas de friccin y golpes sobre los anillos guas rotatorios.

Falta de aire para barrido

Remolienda en el fondo del pozo, desgastes prematuros en los faldones de los triconos, desgastes prematuros en los bits sub por exceso de friccin en el fondo del pozo, desgastes en el ncleo de los triconos, entrabamiento de tricono, poca penetracin.

Exceso de aire en el barrido

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

Gatos de nivelacin en mal estado

Torceduras de barras, ruptura de hilos Pin y fisuras en hilos Box, ruptura de anillos rotatorios.

Cadenas de empuje con diferentes tensiones

Descentramiento de cabezal de rotacin, pandeo de la columna con daos por fatigas en hilos Pin y Box, desgastes de anillos rotatorios por exceso de friccin, ruptura de hilos en Top Sub por desalineamiento, desgastes de hilos al acoplar.

Correderas gastadas

Desviacin de cabezal y pandeo sobe la columna, vibraciones sobre el cabezal de rotacin, desgastes de hilos al acoplar.

Amortiguador en mal estado

Vibraciones sobre el equipo, vibraciones sobre los anillos guas, daos sobre el tricono, ruptura de insertos en los triconos, sobre aprietes de hilos.

Torre de perforacin torcida o desnivelada

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

Juegos excesivos en pasadores de fijacin de torre

Vibraciones sobre la estructura de los equipos, ruptura de hilos Pin y fisuras en hilos Box, desviacin de columna, daos en anillos guas, daos en faldones de triconos, fallas en empataduras de pozos, pozos desviados.

Anillos guas con excesivo desgaste

Vibraciones en columna de perforacin, desviacin de columna, impactps sobre el deck hole, daos en los rodamientos del anillo guia.

Instrumentos de nivelacin descalibrados

Desviacin de columna y torcedura de barras, fatigas en los aceros por pandeo, desgastes prematuros de aceros por aumento de fricccion sobre las paredes del pozo, desgastes de faldones en los triconos.

Llaves de servicio en mal estado.

Resbalamiento sobre los aceros, riesgos de golpes.

Vlvulas de retencin en mal estado

Golpes sobre los hilos Pin, ruptura de hilos Pin, desgastes prematuros de hilos al acoplar, barras torcidas al trasladar equipo.

Exceso de aceite en la lnea de aire.

Daos en componentes de amortiguadores, contaminacin de muestras, riesgos de cadas por resbalamiento en mesa de trabajo, desplazamiento de grasa en los hilos.

Calentamiento de las zonas de unin.

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

MANIPULACIN DE LAS BARRAS DE PERFORACIN

Carguo de barras de perforacin. Siempre se deben cargar las barras de perforacin con una pluma de levante telescpica montada sobre un camin de apoyo con capacidad mnima para 3.000 kgs. Tambin se puede realizar esta operacin con un cargador tipo horquilla con una capacidad mnima de levante tambien de 3.000 kgs. La abertura de las horquillas de levante debe estar al mximo posible. Este tipo de cargador tiene un alto potencial de riesgo por resbalamiento de las barras sobre las horquillas metlicas, razn por la cual deben estar cubiertas con algn elemento antideslizante que evite el deslizamiento de metal con metal, puede ser madera o caucho. Cargar las barras y sujetarlas con eslingas o cadenas, ver figura N 1 Para el transporte de barras de mayor longitud (40 45, 60) se deben instalar cadenas o eslingas adicionales en el medio.

Cargar los extremos machos o hembras de las barras hacia el mismo lado del camin, los protectores de hilos deben estar instalados y en buenas condiciones a ambos lados de las barras antes de comenzar a cargarlas. Evitar que los espejos de las barras rocen con las barras adyacentes, espacindolas adecuadamente con listones de madera de a lo menos 1 de espesor dispuestos verticalmente entre barra y barra para prevenir roces con las bandas de recubrimientos duros en los extremos machos y hembras.

Depositar las barras sobre el piso del camin apoyndolas sobre listones de maderas horizontales de a lo menos 3 de espesor. La camada de barras se asegura al camin mediante cables o cadenas de sujecin atadas en puntos adecuados de la estructura del mismo. No sobrecargar el camin hasta el punto de exista peligro de resbalamiento o desnivelacin durante el traslado, luego de recorrer una cierta distancia se debe controlar la tensin de los cables o cadenas de sujecin, para prevenir el asentamiento de la carga. Antes de descargar las barras asegrese de que los protectores de hilos en ambos lados de las barras estn correctamente instalados y firmemente enroscados. Evite movimientos bruscos que pueden daar o marcar el cuerpo de las barras. No descargue las barras dejndolas caer por las rampas o declives, se deben descargar de a una por vez, si las va a rodar sobre si mismas empjelas paralelamente hasta que tope con el separador de madera vertical que debe servir de separacin entre barra y barra.

Los protectores de hilos protegen de la mayora de los daos que se pueden producir mientras se trasladan, se almacenan o se manipulan para cargarlos. Las roscas machos y hembras as como sus espejos son las principales zonas que deben ser protegidas. No se debe permitir que estas zonas sean golpeadas contra otros aceros o superficies de igual o mayor dureza, los espejos daados impedirn un acoplamiento de roscas eficientes, generando una luz entre los espejos de las uniones roscadas, al unir dos elementos que queden con sus espejos separados la flexin generada en la columna se transmite directamente a las roscas, esta flexin o bamboleo genera altas cargas de tensin que se concentran en los radios de fondo de los hilos produciendo fatigas de material y su consecuente ruptura, las fatigas una vez que se presentan no desaparecen, permanecen en la zona afectada y reaccionan generalmente ante menores esfuerzos .

TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE BARRAS DE PERFORACIN Las barras de perforacin y los adaptadores en general estn construidos con grados de precisin tal 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 golpeen entre si o contra otros objetos de igual o mayor dureza.

Las barras y adaptadores deben estar permanentemente con sus protectores de hilos a ambos lados limpios y en buen estado antes de comenzar las operaciones de transporte y almacenamiento. Las barras deben ubicarse sobre bancos de madera o metal a una distancia mnima de 30 cm. Del suelo para evitar la humedad o la contaminacin con barro, polvo, tierra u otro tipo de contaminante. 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 TIPICOS DE RUPTURA DE HILOS CAUSADOS POR FATIGAS DE MATERIAL

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

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

LADO LADO TIPO LADO LADO TIPO

PIN BOX BECO PIN BOX API Reg.

Dimetro A Dimetro B N Dimetro A Dimetro B N

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

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

126.6 mm 130.7 mm 4 90.1 mm 90.1 mm 3

145.6 mm 149.2 mm 5 117.4 mm 119.0 mm 4

164.7 mm 168.2 mm 6 140.2 mm 141.6 mm 5

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

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

DIMENSIONES Y PESOS DE LAS BARRAS DE PERFORACIN

Diam. De barras

Long. De barras

Esp. de tubos

Peso de barras

Kgs.

5 30 565,0 5 32 600,0 5 35 650,0 6 28 752,0 6 30 800,0 6 32 850,0 6 35 914,0 9 20 1 988,0 9 32 1 1.468,0 9 35 1 1.580,0 9 40 1 1.780,0

10 3/4 33 1 1/2 2.265,0 MEDICIN DE BARRAS

CONTROL DE NIVELES EN EQUIPOS DE PERFORACIN

TABLAS DE CONVERSION

PARA CONVERTIR

EN

MULTIPLIQUE POR

BAR PSI 14.7

CENTIMETROS PULGADAS 0.394

C.F.M LITROS x SEGUNDO 0.472

C.F.M METROS CUBICOS x MINUTOS 0.028

PIES CUBICOS METROS CUBICOS 0.028

METROS CUBICOS PIES CUBICOS 35.3

PIES METROS 0.305

LIBRAS PIE KILOGRAMOS 0.138

GALONES LITROS 3.785

PULGADAS MILIMETROS 25.4

PULGADAS CENTIMETROS 2.54

KILOGRAMOS PIES x LIBRAS 7.23

KILOGRAMOS LIBRAS 2.205

KILOMETROS MILLAS 0.621

LITROS x SEGUNDO C.F.M 2.119

LITROS GALONES 0.264

LITROS CUARTO DE GALON 1.057

MTS. CUBICOS x MINUTOS C.F.M 35.3

METROS PIES 3.28

METROS YARDAS 1.094

MILLAS KILOMETROS 1.609

MILIMETROS PULGADA 0.309

MEGA PASCALES (MPa) PSI 145

LIBRAS KILOGRAMOS 0.454

P.S.I BAR 0.068

P.S.I MEGA PASCALES ( Mpa) 0.0069

CUARTO GALON LITROS 0.946

CENTIMETRO CUADRADO PULGADA CUADR