Training perforacion dth

Sandvik Mining and Construction
Perforacion DTH
Antofagasta Mayo 2017

José Miguel Gálvez
23 años en Sandvik
Ingeniero de Minas de la ULS
8 años en operación UG y SF
Una Señora
2 Hijos ( 23 y 30 años)
Pasatiempos
Música ( estudios de canto y guitarra)
Pintura ( oleo )
Escribir ( 2 libros sin publicar)

Perforacion DTH
contenido
 Teoría y técnica
− Teoría penetración de la roca
− Principio de la perforación DTH
− Ciclo de trabajo del martillo
 Energía y eficienia
− Cálculo de la Energía
− Parámetros importantes
− Percusión
− Avance
− Velocidad de Rotación
− Barrido
 Perforación DTH
− Tipos de martillos
− Ventajas
 Resumen

Perforación DTH
Objetivos del curso
Después de haber completado este curso, los participantes podrán:
− Entender la teoría de penetración de la roca
− Ser capaz de describir el principio de la perforación DTH
− Ser capaz de describir el ciclo de trabajo de un martillo DTH
− Entender el compresor de aire, volumen y presión de aire y su influencia en la
perforación
− Entender la relación entre el rendimiento del artillo y el suminsitro de aire
− Entender los parámetros de perforación y sus efectos en el rendimiento de la
perforación: percusión, avance, barrido y rotación

Perforación DTH
Objetivos del curso
− Entender que es un Tunning Ring , un Choke y cuando y por que
deben ser usados.
− Conocer los principales tipos de martillos DTH disponibles en el
mercado
− Conocer las ventajas de la perforación DTH y las diferentes
situaciones en donde se usa la perforación DTH

Teoría y técnica
penetración de la roca
 En perforación por
percusión, DTH o TH, la
fuerza para penetrar la roca
es creada a través de una
onda de choque que es
generada cuando el pistón
golpea la herramienta de
perforación
Martillo
Down the hole (DTH)
Top hammer (TH)
Martillo

Teoría y Técnica
 Cuando la herramienta de
perforación en contacto con la
roca se ponde bajo carga el
esfuerzo se acumula bajo la zona
de contacto
 La forma en que la roca reacciona
a esta tensión , depende de sus
características y de la carga.

Teoría y técnica
 Los botones de carburo de
tungsteno de la broca se ponen
bajo carga cada vez que el pistón
golpea la culata de la broca
 La penetración de la roca en
perforación por percusión se
divide en 4 faeses:
− Deformación elastica
− Pulverización de la roca
− Formación de grietas
− Desastillamiento

Teoría and técnica
perforación por percusión se divide
en 4 fases:
− Deformación elástica
Fuerza de la onda de choque

Theory and technique
rock penetration
Load
 La penetracion de la roca en
perforación por percusión puede ser
dividio en 4 fases:

Teoría y Técnica
Carga
en 4 etapas

rock penetration
Carga
en 4 etapas:

rock penetration
 Todo esto sucede muy rápido ya que
los martillos DTH golpean a una
frecuencia muy alta, alrededor de
1000 to 3000 golpes por minuto
 Lo que penetra el botón el cada
golpe depende del tipo de roca, pero
normalmente está en el rango de 1
mm por golpe.

14
Teoría y técnica
principio de la perforación DTH
Compresor
Equipo
Herramienta
de perforación
Componentes mas importantes

Teoría y técnica
Equipo
 Seguridad y ergonomía
 Fácil operación
 Largo de barra
 Capacidad de barras de la
casetera
 Tiempo inproductivo
 Important contribution to
productivity by a rig comes from
reduction of time for non drilling
activities, such as:
− Shifting
− Hole spotting
− Drill tube handling

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Compresor
 Volumen de aire
 Presion de operación
Un compresor mas grande solo
mejorará el rendimiento si el
martillo puede usar el aire extra
Teoría y tecnica
principio de la perforacion DTH

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Teoría y Técica
Herramientas de perforación
Martillos y bits
 Generalemente el martillo debe ser
seleccionado de acuerdo a las
condiciones máximas de operación del
compresor
− La recomendación es que el martillo
utilice aproximadamente el 85% de la
capacidad de suministro de aire del
compresor.
 La broca debe ser seleccionada para
proporcionar la mejor tasa de perforación
y vida útil posible en condiciones de roca
actuales
 Diseño de cara y cabeza
 Orificios de barrido
 Forma de botón y grado de carburo

Teoría y Técnica
principio de perforación DTH
Herramientas de
perforación
Barras
 Las barras deben seleccionarse para
satisfacer altas dmanadas en:
− Resistencia al desgaste
− Laraga duración de los hilos
− Fácil acople y desacople
− Bajo peso

Teoría y técnica
 El compresor , en la peforadora o
como una unidad separada entrega
aire en el sistema de perfoación
 El objetivo es entregar aire con el
mínimo e perdidas al martillo
− Brras de perfotación, mangueras , etc

Teoría y técnica
Ciclo de trabajo del martillo
 El flujo de aire está restringido en el
martillo y esto lo comprime y hace
que funcione de acuerdo a un ciclo
diseñado
 Durante un ciclo del pistón ( hacia
adelante y atrás), aire se libera 2
veces del martillo y usado para
barrer y remover el detritus
 El objetivo es consumir el aire con
altos niveles de eficiencia.
Click on the hammer for air flow animation

Energía y eficiencia
cálculo de la energía
W=
mxv2
2
W= Energía
m = Masa (peso del pistón)
v = velocidad de impacto
Calculo de la energía cinética en el Pistón
cuando este golpea la culata del bit.
Ejemplo:
Tipo de martillo RH550 6”
Peso del Pistón 18 kg 39,6 lb
Velocidad de impacto 10 m/s 33 ft/s
Energía del Pistón 900 Joule
Frecuencia 2100 BPM
Potencia ~31,5 kW

La energía del pistón que se transfiere a la
zona de contact o entre a broca y la roca
depende de varios factores, tales como:
 Energia del Pistón
 Areas de impacto
 Características del material
La energía en el Impacto causará una
onda de choque que viaja a través de la
broca a la velocidad de más de 5 000 m
/ s (velocidad del sonido en acero)

En perforación DTH se transfiere el 85 % de la
energían producida por el golpe del pistón
hacia el contacto bit-roca.
Al convertir la energía cinética en una
Onda de choque que viaja a una velocidad de
Más de 5 000 m / s, el pistón de 18 kg en este
Ejemplo genera una fuerza en el bit
Lo que corresponde a alrededor de 75 000 kg!

 La eficiencia de la perforación es una
medida de cuánto de la energía
suministrada se utiliza para la perforación
 La energía que no se utiliza o no se
transfiere , se devuelve por la sarta de
perforación produciendo daños a la
herramienta de perforación y al equipo.
 La eficienca de la perforación depende de
los siguentes factores:
− Percusón
− Avance
− Rotación
− Capacidad de barrido
Click on picture to see DTH drilling in action

fuerza de percusión
La fuerza de percusión en la perforación
DTH viene de la onda de choque
creada cuando el aire comprimido
hace que pistón en el martillo golpee
la parte superior de la broca
La presión de aire de aire creada en el
martillo está influenciada por :
 Suministro de aire en el compresor
 Altura geográfica
 Temperatura ambiente
 Tamaño del choke del martillo
 Volumen de la camara de aire del
martillo

/ 14 /21 /
24
/ 17
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Hammer Operating Pressure
Penetration
rate
%
Bar 10 14 17 21 24
PSI 150 200 250 300 350

 El flujo de aire desde el compresor
hasta el martillo lo hace funcionar
dentro de sus límites de diseño
 El aire requerido por un martillo DTH
depende del tamaño y diseño
 Todos los martillos especifican los
consumos de aire a distintas
presiones

 Anillos especiales(tuning rings) se
pueden poner en la camara de aire
para compensar la falta de aire
suministrada desde el compresor
 Esto reduce el volumen de la cámara
de aire, lo que crea mayor presión con
el mismo volumen de aire, acorta la
carrera del pistón y aumenta la
frecuencia
Tuning ring
 Los martillos que tienen este
dispositivo( tuning rings) como
opción está marcado como
“Low Volume Option”
en el catálogo de prodcutos.

rvelocidad de rotación
 La correcta velocidad de rotación
es importante para la velocidad
de penetración y vida útil del bit
 El cálculo de la velocidad de
rotación está basado en el
diámetro del bit, frecuencia de
percusión y tipo de roca
Rotation speed (rpm) =
f x b
 x D
f = percussion frequency (BPM)
D = bit diameter (mm)
b = indexing distance (mm)
Click on picture for calculator

relocidad de rotación
 La fórmula servirá como una guía
pera encontrar la correcta
velocidad de rotación
 Puede ser necesario un ajuste
fino alrededor del valor calculado
para encontrar la velocidad de
rotación óptima
 Un buen indicador de la
velocidad de rotación óptima es
el tamaño de los detritus, cuánto
más grande mejor Indexing distance
Indexing distance

Velocidad correcta Velocidad incorrecta

 La frecuencia de Percusión para
un martillo dependerá del
suminsitro de aire desde el
compresor
 Para calcular y ajustar la
velocidad de rotación correcta es
importante conocer la relación
aire presión / frecuencia para el
martillo
RH550
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
10/150 14/200 17/250 21/300 24/350
Bar/Psi
BPM
3"
4"
5"
6"
8"

Energía y eficienica
barrido
 Una velocidad de barrido
insuficiente aumentará el
riesgo de quedar atrapado en
el pozo
 Una alta velocidad de barrido
causará desgastes prematuros
en el cilindro del martillo y el
bit
 Recuerde que la velocidad de
barrido es alta en el martillo ya
que tiene un diámetro menor
que el resto de la sarta
Click on picture for animation

barrido
 In some drilling situations more
flushing capacity is needed. This
can be in deep or very wet holes
 En situaciones de mucha
profundidad o humedad se
necesita mas capacidad de
barrido
 Para ello se utiliza un dispositivo
especial de estrangulamiento
Choke

Perforación DTH
Resumen
 Teoría técnica
− En perforación por pecusión DTH o TH, la fuerza para penetrar la roca es
entregada por la onda de choque creada cuando el pistón golpea la zona de
impacto del bit.
− Los botones en la broca se ponen bajo carga cada vez que el pistón golpea
el bit.
− La penetración de la roca en perforación por percusión se prodcuce en 4
fases:

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