PRESENTACION SOBRE Velocidad-de-Penetracion en la materia de Perforacion de Pozos

1. VELOCIDAD DE PENETRACION

2. Velocidad con que se penetra la roca en un pequeño intervalo
de tiempo, y que depende de factores externos e internos.
• Factores externos como, factores geológicos, las
propiedades físicas de la roca y la Resistencia a la
compresion
• Factores internos, propios de los trabajos de perforación,
Empuje, Barrido, RPM, diámetro, etc..
Si bien es difícil determinar VP, es de suma importancia lograrlo,
a fin de poder determinar un conjunto de parámetros de
rendimiento y lograr un cálculo de costos de perforación

3. VARIABLES DE OPERACIÓN
 Las variables de operación inherentes al sistema, que
inciden en su eficiencia (velocidad de penetración),
son las que se identifican a continuación:
 •Velocidad de rotación (rpm)
 • Fuerza de empuje
 • Diámetro de perforación
 •Velocidad y caudal del aire de barrido
 • Desgaste de la cabeza de rotación

4.  A su vez, estas variables dependen de factores
externos al sistema: las propiedades o características
físicas, como dureza, densidad, y la resistencia a la
compresión de la roca.
 En el caso de la perforación rotativa, la evidencia
empírica indica -tanto a partir de las investigaciones a
nivel de ensayos como de lo observado en la práctica-
que existe una buena correlación entre la Resistencia a
la Compresión de la roca y la velocidad de penetración.

5. Esta conclusión resulta conceptualmente
coherente, atendiendo a la forma como se aplica
la energía a la roca y su consiguiente ruptura
originada principalmente por un proceso de
indentación.-

6.  No existe una clasificación universalmente
aceptada de las rocas en función de su
resistencia a compresión (Sc).
 En la literatura técnica sobre el tema se
encuentran diversas proposiciones. Algunas muy
simples, que sólo diferencian entre rocas
blandas, medianas y duras. Otras más
sofisticadas, incluyen hasta seis o siete
categorías.
 Haciendo una síntesis, para los efectos del
análisis que sigue, se adoptará la clasificación
que se enuncia en la tabla siguiente.

9. i.-
FORMULAS EMPIRICAS

10. ii.-
Para rocas con Sc sobre los 8O Mpa, usando martillo DTH
Relación diám. pistón/diám. Barreno 1,5 – 1.7
Ft/min

11. iii.-
Ft/min

14. VP en Sistema Rotativo

16. Velocidad de Rotación
 En principio, conceptualmente la velocidad de
rotación es inversamente proporcional a la
resistencia a la compresión de la roca.

17. Cuando se perfore a alta presión se precisará al principio
una fuerza de avance adicional para superar el efecto de
contraempuje del aire en el fondo del barreno, sucediendo
lo contrario cuando la profundidad sea grande y el número
de tubos tal que supere al peso recomendado, siendo
necesario entonces que el perforista accione la retención y
rotación para mantener un empuje óptimo sobre la boca.
Las velocidades de rotación aconsejadas en función
del tipo de roca son:

19. VELOCIDAD DE AVANCE VS. VARIABLES
DE OPERACIÓN
Velocidad de rotación
Mientras el barrido es perfecto, la velocidad de avance (Va) es
linealmente proporcional a la velocidad de rotación
Va=KxN
En la práctica, a medida queVa aumenta, el
barrido se torna ineficiente.

23. Para obtener una buena velocidad de penetración en la
roca es preciso un determinado empuje que depende tanto
de la resistencia de la roca como del diámetro del barreno
que se pretende perforar. Como el peso de las barras no
es suficiente para obtener la carga precisa, se hace
necesario aplicar fuerzas adicionales que suelen
transmitirse casi exclusivamente a través de energía
hidráulica. Existen básicamente cuatro sistemas. Los tres
primeros que se representan en la Fig. 4.5 son los
conocidos por a) Cremallera y Piñón Directo, b) Cadena
Directa y c) Cremallera y Piñón con Cadena.
Fuerza de empuje y diámetro de perforación

26.  La fuerza de empuje que es necesario aplicar aumenta
directamente con la dureza de la roca, y debe alcanzar una
magnitud suficiente para sobrepasar su resistencia a la
compresión.
 Por otra parte, esta fuerza no puede exceder un determinado
valor límite, para evitar daños prematuros en la cabeza de
perforación.
 En formaciones rocosas duras o muy duras, una fuerza excesiva
induce a la incrustación de la cabeza y consecuente destrucción,
lo que significa el término de la vida útil de la herramienta.

27. En cuanto al empuje que debe ejercerse para mantener
la boca lo más en contacto posible con la roca,
una buena regla práctica es la de aproximarse a los
85 kg por cada centímetro de diámetro. Un empuje
excesivo no aumentará la penetración, sino que
acelerará los desgastes de la boca y aumentará los
esfuerzos sobre el sistema de rotación.

28.  A su vez, a mayor diámetro de perforación, más grande es la
cabeza de la barrena y por consiguiente mayor la superficie a
perforar por lo que ofrecerá mayor resistencia.
 En suma, la fuerza de empuje es función de dos variables: la
dureza de la roca y el diámetro de perforación.
 Por tanto, está acotada entre un valor máximo y mínimo y
durante la perforación depende de la habilidad del
maquinista de la pilotadora para saber irla ajustando según
el tipo de terreno.
 Según la dureza de la roca, la fuerza de empuje mínima
necesaria para vencer su resistencia a la compresión, está
dada por la siguiente fórmula empírica

29.  F min = 28,5*Sc*Ø [lbp]
 Donde:
 Sc: Resistencia a la compresión de la roca (MPA)
 Ф: Diámetro de perforación (pulg.).
 La fuerza de empuje se acostumbra a expresar
en libras-peso [lbp] por unidad de diámetro del
trépano, expresado en pulgadas (Ф”).
 En la tabla siguiente se comparan
 los valores mínimos que resultan de aplicar la
fórmula anterior con los valores observados en la
práctica minera según la dureza de la roca

30. Fuerza de empuje y diámetro de
perforación
TIPO
DE ROCA
Sc
[kgp/cm 2] F´min [lbp/" de Ø F´prác [lbp/" de Ø
Muy blandas < 400 <1150 <1500
Blandas 400
-
800 1150 - 2300 1500 - 3000
Medianas 800 - 1200 2300 - 3400 3000 - 5000
Duras 1200 - 2000 3400 - 5700 5000 - 7000
Muy duras >2000 >5700
7000 - 9000

31. Por otra parte, también se ha obtenido una fórmula
empírica que permite estimar la fuerza de empuje
máxima que soportan los rodamientos de un tricono, en
función del diámetro de perforación (Ф).
Fmáx = 810 * D2 [lbp]
Si se hace el ejercicio de asignarle valores numéricos a la
fórmula anterior,redondeando las cifras, se obtienen los
resultados que se indican en la tabla
Fuerza de empuje mínima según el tipo de
roca

33. Ф" Fmáx [lbp] F´máx [lbp/" de Ф]
5 20000 4000
6 29000 4900
7 40000 5700
8 52000 6500
9 66000 7300
10 81000 8100
12 117000 9700
15 182000 12100

34. Los resultados anteriores permiten explicar la razón por la
cual la perforación rotativa no se aplica en la práctica en
diámetros menores a 175 mm (aprox. 7”), salvo en rocas
blandas o muy blandas.
En efecto, en una roca de mediana a dura se requiere una
fuerza (F´) del orden de 5.000 a 6.000 [lbp/” de Ф]; vale
decir, 30.000 a 36.000 [lbp] para un tricono de 6 pulgadas,
siendo su límite de resistencia del orden de 29.000 [lbp].
Fuerza de empuje máxima según el diámetro
de perforación,

35. Sistema de evacuación de
detritus, ( Barrido)
 El aire comprimido cumple las siguientes
funciones:
 El aire comprimido cumple las siguientes
funciones:

 Enfriar y lubricar los cojinetes del tricono.
 Limpiar el fondo del barreno y
 Elevar el detrito con una velocidad ascensional
adecuada.

36.  El aire circula por un tubo desde el compresor al mástil y desde
éste, por manguera flexible protegida, a la cabeza de rotación,
de donde pasa al interior de la barra de perforación que lo
conduce hasta la boca, saliendo entre los conos para producir
la remoción del detritus elevándolos hasta la superficie. Si los
trozos son grandes y el caudal de aire insuficiente vuelve a
caer en el fondo, produciéndose su remolienda hasta alcanzar
el tamaño adecuado para ascender.

37.  La falta de aire produce así un consumo de energía
innecesario, una menor velocidad de penetración y un
mayor desgaste de la broca. Por el contrario, si la
velocidad ascensional es muy alta aumentan los
desgastes en el centralizador y en las barras de
perforación.
 Si se conoce la densidad de la roca y el diámetro de las
partículas, pueden aplicarse dos fórmulas para calcular la
velocidad ascensional mínima:

38. dp = Diámetro de la partícula (mm).

42. Diámetro de barras
Así pues, el diámetro de las barras aconsejado, según el
tipo de roca que se perfore, debe ser en formaciones
blandas 3" (75 mm) menor que el diámetro del tricono,
en formaciones medias 2" (50mm) y en formaciones
duras 1 1/2" (38 mm), ya que a medida que aumenta la
resistencia de la roca los detritus son más pequeños.

43.  Puede determinarse con mayor exactitud el diámetro
de las barras comerciales, conocidos el caudal de
aire, la velocidad ascensional y el diámetro del
barreno.
 Cuando la resistencia a compresión de la roca sea
menor de 100 MPa, la alta velocidad de penetración
conseguida hace que el detritus no salga del barreno
si no se dispone de una corona circular suficiente,
debiendo cumplirse:

46. FIN