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AP DRILLING
ESPECIALISTAS EN ACEROS DE PERFORACION

AP DRILLING
ESPECIALISTAS SUMINISTRO DE ACEROS DE
PERFORACION

1. SISTEMA DE PERFORACION DE ROCAS
Los sistemas de penetración de roca que han sido desarrollados,
pueden clasificarse por orden de aplicación:
ü Mecánico (Rotación y Roto percusión, Percusión)
ü Térmicos (Soplete, Plasma, Fluido Caliente, Congelación)
ü Hidráulicos (Chorro de agua, Erosión, Cavitación)
ü Sónicos (Vibración de alta frecuencia)
ü Químicos (Microvoladura, Disolución)
ü Eléctricos (Arco Eléctrico, Inducción Magnética)
ü Sísmicos (Rayo Láser)
ü Nucleares (Fusión, Fisión)

¿Qué es la perforación Mecanica?
Básicamente la perforación se basa en el impacto de una pieza de
acero (pistón), que transmite la energía a la roca por medio de un
elemento final (broca o bit).

Los aceros de perforación, están clasificados como elementos de
desgaste de alta rotación.
“Cumplen un rol fundamental en la perforación, debido a que es
la línea encargada de transmitir la energía generada por los
equipos de perforación hacia la roca “.

1. 2. TIPOS DE LÍNEAS ACEROS DE PERFORACIÓN
PRINCIPALES ROTOPERCUTIVAS
2.1 TOP HAMMER (MARTILLO CABEZA)
En estas perforadoras dos de las acciones básicas, rotación y
percusión, se producen fuera del barreno, transmitiéndose
estas acciones a través del varillaje hasta la broca o bit. Estas
perforadoras pueden ser de accionamiento neumático o
hidráulico.

2.2 DTH (MARTILLO DE FONDO)
La percusión se realiza directamente sobre la broca, mientras
que la rotación se efectúa en el exterior.
El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente,
mientras que la rotación puede ser neumática o hidráulica

3. TIPOS DE SARTAS
3.1 TOP HAMMER

3. TIPOS DE SARTAS
3.2 DTH (MARTILLO FONDO)

4. VARIABLES DE PERFORACIONROTO PERCUTIVA
PERCUSION ROTACION
BARRIDO AVANCE
VARIABLES
PERFORACION

PERCUSION
Es la energía cinética que se transmite desde el pistón de la
perforadora a la roca, a través del varillaje en forma de onda de
choque; parte de la energía se transforma en trabajo haciendo
penetrar el bit en la roca, el resto se refleja y retrocede a través
del varillaje.

PERCUSION
Sólo con rocas suficientemente duras nosotros podemos utilizar
la energía al máximo por golpe. Con rocas muy suaves la presión
de percusión (energía percusión) tendrá que ser reducida, para
que nosotros entreguemos la cantidad de energía justa que la
roca pueda alojar se deberá reducir la energía reflejada en la
forma de una onda de tensión en el cordón del taladro.

PERCUSION

ROTACION
Es la que hace girar el bit entre impactos sucesivos, su misión es
hacer este actúe sobre puntos distintos de la roca en el fondo del
barreno.

ROTACION

ROTACION
Para determinar el calculo de una de la rotación es de la siguiente
manera:
Diámetro Bit (Broca) = D mm x 3,14
Diametro Boton perimetral = Db mm
Nimpactos = (D x 3,14)/(Db)
Ngolpes por minuto por perforadora = Nimp (golpes x minuto)
RPM = Nimp/N impactos

ROTACION
Se muestra en la forma de un gráfico cómo la rpm de perforación cambian
con respecto al tamaño del bit. El gráfico es válido para una máquina
hidráulica que opera a aproximadamente 3,000 gpm

ROTACION
A MAYOR DIAMETRO DE BROCA MENOR ROTACION

AVANCE
El avance siempre debe satisfacerse a la presión de percusión, una presión de
percusión alta requiere una alto presión de avance y una presión de
percusión baja requiere una presión de avance más baja.
El propósito del avance es asegurar el contacto permanente del bit contra la
roca, pero desde que el avance se aplica el conjunto de perforación todavía
debe poder rodar. El avance normalmente estará alrededor de 500-1,500 kg,
dependiendo de la perforadora que estemos usando.

AVANCE

AVANCE
Deficiente:
ü Reduce la velocidad de penetración.
ü Desgaste excesivo de aceros (hilos).
ü Disminuye el apriete y aumenta la temperatura de las uniones.
ü Daños internos en perforadora por percusión en vacío.
ü Daño en sellos de barrido por temperatura en culatín (Zanco)

AVANCE
Excesivo:
ü Dificulta el desenroscado.
ü Aumenta el desgaste del bit (Broca)
ü Aumenta el par de rotación y las vibraciones el equipo.
ü Desviación de los barrenos (Tiros).
ü Desgaste excesivo de centralizadores.
ü Funcionamiento constante de Sistema Anti-atasco.

BARRIDO
Evacuar en forma constante y mantener limpio el fondo del
barreno de detritus. Refrigerar el tren de Aceros (Sarta)
Como la potencia de salida de las perforadoras ha aumentado y
acompañado por eficaz aumento en proporción de penetración.
El barrido se pone más significante. El medio de barrido es
normalmente el aire en equipos de superficie y agua en
subterráneos, o mixtos.

BARRIDO
¿Qué esperamos del barrido?
ü Limpie el fondo del agujero para el próximo golpe.
ü Transporte el detritus fuera del agujero.

BARRIDO
Para tener un buen barrido depende:
ü Gravedad específica: La gravedad específica más alta requiere un
barrido más alto velocidad (aire barrido).
ü El tamaño de la partícula: Las partículas más grande obtenidas de la
rotura de la roca, necesariamente requiere más velocidad alta de
barrido.
ü La forma de la partícula: Las partículas equiláteras necesitan mayor
velocidad de barrido. Para ilustrar esto, es fácil de llevar lejos una
partícula en la forma de una hoja que una del mismo peso que con
forma esférica.

BARRIDO
Para el caso del barrido de aire, a mayor densidad de roca
debe aumentar la velocidad de barrido

BARRIDO
Déficit de barrido.
ü Se consume una gran cantidad de energía en la trituración.
ü Produce un mayor desgaste diametral en el bit (Brocas)
ü Pérdidas en el rendimiento.
ü Riesgo de atascamiento.
ü Taconeó del BIT(Broca)
ü Taconeó de la barra.
ü Exceso de temperatura en tren de aceros.
ü Daño en los sellos de barrido por exceso de temperatura en el
culatin (Zanco).

II . COMPONENTES SARTA
ACEROS PERFORACION

5. ACEROS DE PERFORACION
Los aceros de perforación se referentes a la línea de transmisión
de energía desde la perforadora a la roca.
Existentes líneas de componentes que son integrales o
monoblock y otras que son compuestas.

Tipos de aceros de Perforación
Barras Integrales (Integral Drill Steel)
Taper Drilling Tools
Bits
Coplas (Couplings)
Barras (Rod)
Culatines - zancos (shank)
Adaptadores Pilotos
Escareadores
Barras DTH
Martillos DTH
Bit DTH

5.1 BITS – BROCAS
Corresponde al ultimo(inicial) componente de la sarta de aceros
de perforación, es la unidad que genera el impacto con la roca y
su misión es trasmitir el máximo de energía a la roca generando
un rompimiento de esta.
Los Bits con componente de acero y con incrustaciones de
botones de tungsteno

La parte de la broca que cumple la misión del rompimiento de la
roca son los botones de tungsteno, un componente compuesto
de tungsteno y cobalto y que tienen un alto nivel de dureza.
Propiedades
- Compresión 14.000 kgf/cm2
- Dureza 1.550 kgf /mm2
- Modulo Elasticidad 600 GPA

5.1.1 TIPO GEOMETRIAS BROCAS

5.1.2 TIPO BOTONES
Botón semiesférico
(altura 0.50 Ø)
Aplicación de fuerza- botón universal
Que mejor se adapta a roca dura
25,000 a 45,000 PSI (170 a 300 Mpa)
Terreno abrasivo
Botón parabólico (botón semibalistico)
(altura0.6 Ø)
Aplicación de fuerza- rápida penetración
Que mejor se adapte a terreno medio
15,000 a 25,000 PSI (100 a170 Mpa)
Terreno medianamente abrasivo
Botón balístico
(altura 0.75 Ø)
Aplicación de fuerza- rápida penetración
Que mejor se adapta a suelos blandos
10,000 a 20,000 PSI (70 a140 Mpa)
Terreno no abrasivo

5.2 DAÑOS EN LOS BITS(BROCAS)
Si los botones de Tungsteno del Bits (Broca) no tienen la forma y
el ángulo adecuado de acuerdo al tipo de botón, no conseguirá la
velocidad de penetración optima y en forma adicional generar
tensiones y esfuerzos en el propio Bits y resto de la sarta de
aceros, pudiendo provocar graves daños o rompimiento de estos
elementos.
Por lo tanto los botones deben rectificarse cada ciertos intervalos
de perforación, para restablecer su forma original.
Distintos tipos de roca, originas diferentes tipos de patrones de
desgastes:

TIPO DE DESGASTESDE BOTONES
Diametral o Periférico: Se produce en roca abrasiva con alto
contenido de sílice, es decir, gran parte del desgaste del botón se
produce en la periferia, de modo que las esquinas de estos se
redondean. Este desgaste facilita el atascamiento además del
desprendimiento de los botones diametrales.
Frontal: Desgaste normal cuando se perfora roca dura. La altura
del bit se va aplanando. Por efecto de la rotación, los botones
diametrales se desgastan más que los centrales.

Frontal del cuerpo: Se produce en rocas blandas no consolidadas,
que exponen de igual manera el tungsteno como el acero de la
matriz al desgaste. Por diferencia de dureza, la matriz pierde
cuerpo aflorando los botones.
Piel de Reptil: Es una forma de desgaste que se produce cuando
se perfora rocas suaves y no abrasivas. La superficie del botón
sufre esfuerzo de fatiga con evidencias de microfisuras.

EFECTOS DE DESGASTESDE BOTONES
Disminución de la velocidad de penetración.
Aumento de los esfuerzos sobre el acero.
Incremento de la onda de impacto reflejada.
Alta posibilidad de atascamiento.
Mayor desviación en tiros largos.
Fracturación del botón.
Aumenta las presiones de trabajo de la perforadora

RECTIFICACIONDE BOTONES
Obedece al proceso de devolver la forma y el ángulo a los
botones de tungsteno del Bits(Broca). Ya sea en forma manual
como automática.
El intervalo de rectificación(Afilado) de Bits(Brocas) dependerá
principalmente del tipo de roca, de las condiciones de perforación
(velocidad de penetración) y de la experiencia y responsabilidad
del operador.

MAQUINAS RECTIFICACIONBOTONES

RECTIFICACIONDE BOTONES
Cuando se debe Rectificar los Botones de los Bits??
Las bocas de botones se deben afilar cuando descienda la
velocidad de penetración.
Los botones se deben afilar cuando la zona plana sea alrededor
de 1/3 del diámetro del botón
Si no hay signos de desgaste evidente, se recomienda a los 300
metros realizar el proceso de rectificación.

Desgaste de Botón v/s Rango de Penetración

Intervalos de Perforación v/s Metros Perforados

PRINCIPALES CAUSASDE DAÑOS EN BITS
BOTÓN SALTADO
- Excesiva percusión en vacío.
- Problema de fabricación.
Si el botón saltado se produce después de un largo periodo de
utilización, la falla por fatiga de material se debe considerar
normal

BOTÓN SALTADO

BOTÓN QUEBRADO PLANO
Excesiva rotación con un alto torque producen fuerzas de cizalle, que
producen el quiebre del botón en forma plata a la matriz.
Mala practica para soltar BIT

BOTÓN QUEBRADO BAJO LA LÍNEA DE ACEROS
ü Clara evidencia de sobre perforación, la cual genera elevados
esfuerzos en los lados del botón.
ü Fatiga del acero por cumplimiento de vida útil.
ü Si la falla es prematura obedece a una deficiencia en el
proceso de fabricación

ASTILLAMIENTO DE BOTÓN
ü Sobre perforación del Bits.
ü Piel de reptil en el Botón.

GRIETA LATERAL
ü Las grietas que aparecen por debajo de la base del Bits en forma
prematura, obedece a una deficiencia en la fabricación del
producto.
ü Para el caso de apariciones de grietas debido a una prolongada
utilización del Bit (broca) se puede considerar normal.

GRIETA LONGITUDINAL CUERPO
ü Clara evidencia de excesivo avance y relación con percusión de
perforadora.
ü Falta de rotación y permanente percusión en vacío, sobre una línea
de esfuerzo de avance

GRIETA TRANSVERSALES CUERPO
Daño 1: Excesivo torque, también por atrapamiento del Bit y excesivo
esfuerzo en la rotación con alto nivel de torque.
Daño 2: Perforación suelta o Pittings, corrosión del acero.
1 2

5.3 BARRAS(ROD)
Las barras (Rod) corresponden a la componente de la unidad que
permite dar la profundidad del barreno o la longitud que se
requiere perforar.
Existen múltiples alternativas tanto en su geometría (Redondas –
hexagonales), como en sus diámetros ( desde 22 mm ) y
longitudes (desde 600 mm). Por lo tanto en el mercado existen
diferentes soluciones de acuerdo al tipo de requerimiento por
parte de operaciones.

5.3 BARRAS(ROD)
Rendimiento de Barras
ü Las barras al igual que los Bits, los rendimientos esperados
varían de acuerdo al tipo de roca y al tipo de operación y
utilización de los aceros.
ü Las barras también varias dependiendo de tipo de perforación
que se esta realizando, ya sea de avance horizontal,
sostenimiento (fortificación), producción.
ü La energía y por ende las ondas de choques pasan a través de
la barra.

5.3.1 PRINCIPALES CAUSAS DE DAÑOS EN BARRAS
QUIEBRE DE BARRAS DEL EXTERIOR
Se observan puntos de inicio llamados rosas de fatigas,
siempre se observan marcas en estos puntos, lo cual
indica un mal uso de la barra

QUIEBRE DE BARRAS DESDE INTERIOR
ü Puede producirse debido a un alto nivel de corrosión
producto del barrido.
ü La razón mas común es la falla en el proceso de
laminación del acero

QUIEBRE DE BARRA SIN EVIDENCIA DE FATIGA
ü Elevado esfuerzo de bending (Pandeo) durante la
perforación, desviación de tiros, exceso de avance.
ü Bit con demasiado desgaste perimetral generan este tipo de
quiebres

QUIEBRE DE HILOS EN BARRAS
ü Punto 1 - 2: Quiebre de hilo, falta de acoplamiento,
percusión en vacío con desgaste de hilo.
ü Punto 3: Despunte de barras, demasiado juego de
acoplamiento.
ü Punto 4: Percusión en vacío, falta fuerza de avance.

BARRASDOBLADAS
- Excesivo esfuerzo de avance.
- Cambio de posición o movimiento de la viga con la barra en
interior de la perforación

QUIEBRE DE COPLAS DE BARRAMF
- Para los cortes transversales se generan por un excesivo
esfuerzo de torsión debido a estancamiento, exceso de
esfuerzo a la barra en su condición mas débil.
- Para el corte longitudinal, exceso de fuerza de avance,
asociado a una alta percusion en vacio

5.4 COPLAS (COUPLING)
Las coplas son uniones entre la barra y el culatin (Zanco), existen
de diferentes diámetros y tipos de hilos, revisten vital importancia
en la forma de conectar la energía canalizada a través del culatin
hacia la barra.

5.4.1 PRINCIPALES CAUSAS DE DAÑOS EN COPLAS
QUIEBRE LONGITUDINAL COPLA
- Se produce principalmente durante la perforación con hilos
sueltos, la onda de choque se trasmite a través del cuerpo-hilo
y no por la superficie de contacto

5.4.1 PRINCIPALES CAUSAS DE DAÑOS EN COPLAS
QUIEBRE TRANSVERSALDE COPLA
- Se produce principalmente durante la perforación con hilos
sueltos, la onda de choque se trasmite a través del cuerpo-hilo
y no por la superficie de contacto

5.5 ZANCO (CULATIN – SHANK)
Corresponde a la primera unidad de la sarta de aceros, la que
tiene la función de engranar y generar contacto con el pistón de la
perforadora del equipo y ser la proyección de esta hacia el resto
de la sarta de aceros.
Cada perforadora dependiendo del modelo y función requiere su
respectivo Zanco

5.4.1 PRINCIPALES CAUSAS DE DAÑOS EN ZANCOS
DEFORMACIÓN DE SUPERFICIE DE IMPACTO ZANCO
- Generalmente se producen por uso de bushing desgastados.
Asociado a un golpeteo irregular o juego en superficie de
contacto con la barra. Excesiva percusión en vació.
- Un pistón deformado o desgastado también es otra causal de
este tipo de daños

QUIEBRE EN HILO DE ZANCO
- Exceso de esfuerzo de avance produciendo un alto pandeo
producto de una desviación de tiro.
- También se produce debido copla muy desgastadas o barras
guías desgastados

OTRAS FALLAS DE ZANCO
- Falla 1-2; Exceso de percusión en vacío y desacople.
- Falla 7: Exceso de corrosión, Excesiva vibración de retorno

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