Manual de Perforacion Diamantina GEOTEC
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C U R SO Conocer los Aspectos Relevantes del Sistema Perforación Diamantina
RECURSOS HUMANOS Marzo 2005
Geotec e-learning Conocer los aspectos relevantes del Sistema perforación diamantina
INDICE: CURSO CONOCER LOS ASPECTOS RELEVANTES DEL SISTEMA PERFORACION DIAMANTINA Modulo 1.Capítulo 1.Capítulo 2.Capítulo 3.Capítulo 4.Capítulo 5.Capítulo 6.Capítulo 7.Capítulo 8.Capítulo 9.Capítulo 10.Capítulo 11.Capítulo 12.-
Operación diamantina Análisis de riesgos en la operación Instalación equipo diamantina Selección y mantención de herramientas diamantadas Estructura de una corona diamantada Terminología de coronas Criterios generales de selección de coronas Guía de selección de coronas según tipo de roca Opciones de coronas. Triple tubo, otras Selección del producto y aplicación Criterios de selección final de coronas Dureza de la roca y su relación con las coronas Otros productos
4 4 14 17 18 19 19 21 22 24 25 26 27
Modulo 2.Capítulo 1.Capítulo 2.Capítulo 3.Capítulo 4.Capítulo 5.Capítulo 6.Capítulo 7.Capítulo 8.Capítulo 9.Capítulo 10.Capítulo 11.Capítulo 12.-
Secuencia completa perforación diamantina Instalación de faena. Secuencia de operación UDR 650 Maniobra de acople de barras Maniobra enganche de pescante Vista general tablero control y comando Maniobra bajada barras al pozo y uso prensa Maniobra sujeción barras con prensa (mordazas) Maniobra colocación rejilla protección Canalización fluidos de perforación Instalación geomembrana Vista general y componentes sonda Maniobra extracción testigo del pozo y disposición en caja
34 34 36 37 38 39 40 41 41 43 43 44 45
Modulo 3.Capítulo 1.Capítulo 2.Capítulo 3.Capítulo 4.-
Operaciones asociadas Testificación. Logueo de un sondaje Recuperación de testigos Tablero de comandos y control de un equipo diamantino Atrapamiento de pozos. Maniobras de rescate
47 47 50 51 60
Módulo 4.Capítulo 1.Capítulo 2.Capítulo 3.Capítulo 4.Capítulo 5.-
Parámetros operacionales Parámetros operacionales y características de las coronas Velocidad de rotación vversus velocidad de penetración Peso sobre la corona Método de presión diferencial para coronas Resolución de problemas y consejos prácticos
63 63 64 65 67 70
Modulo 5.Capítulo 1.-
Patrones de desgaste Fallas coronas. Causas y soluciones
71 71
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Modulo 6.Capítulo 1.Capítulo 2.Capítulo 3.Capítulo 4.Capítulo 5.Capítulo 6.-
Fluidos de perforación Definiciones pH Viscosidad del fluido Densidad del fluido Programación de un fluido de perforación Tipos y aplicaciones de fluidos
77 77 78 80 81 83 84
Modulo 6.-
Glosario
86
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Modulo 1.- Operación diamantina Capítulo 1 Análisis de riesgos en la operación El Decreto Supremo N° 40, especifica que toda empresa con más de 100 trabajadores, deberá constituir un Departamento de Prevención de Riesgos, siendo sus funciones básicas: •
Planificar, organizar y supervisar acciones permanentes para el control de los riesgos de accidentes y enfermedades profesionales.
•
Detectar y evaluar riesgos de accidentes y enfermedad profesionales.
•
Acción educativa a los trabajadores en materia de riesgos profesionales.
•
Promoción del adiestramiento de los trabajadores.
•
Asesoría a los Comités Paritarios de Higiene y Seguridad, Supervisores y línea de administración técnica.
•
Mantener registro estadístico de los siniestros laborales.
•
Informar sobre riesgos laborales a los trabajadores.
La evaluación de los riesgos laborales es el proceso dirigido a estimar la magnitud de aquellos riesgos que no hayan podido evitarse, obteniendo la información necesaria para que el supervisor esté en condiciones de tomar una decisión apropiada sobre la necesidad de adoptar medidas preventivas y en tal caso, sobre el tipo
de
medidas
que
deben
adoptarse.
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Basado en el espíritu del DS Nº 40; antes de iniciar un turno de perforación, es indispensable realizar una charla de 5 minutos, relacionada con la prevención de accidentes. Además firmar la Hoja de Control de Riesgos. Esta charla debe ser dictada en cada turno por un miembro distinto del equipo de la faena.
Los temas que se pueden abordar en la charla pueden ser: •
La operación de perforación diamantina y el uso correcto de las herramientas de perforación.
•
Procedimientos de trabajo.
•
Comentario de algún hecho reciente que esté relacionado con el análisis de riesgos, su prevención y control.
•
Elementos de protección personal.
•
Formas de parar la sonda en caso de emergencia.
•
Características del lugar donde se está trabajando.
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Actividades generales para prevención y control de riesgos En una faena de sondajes es obligación: 1.
En caso de detectar una condición y/o acción sub-estándar, detener de inmediato el equipo de perforación y continuar una vez que se haya controlado. Se debe informar al jefe de turno.
2.
Definir un lugar de estacionamiento de vehículos.
3.
Poner
especial
atención
a
las
mangueras que transportan presión, elementos de levante y accesorios.
4.
Mantener las manos y pies alejados de los puntos de peligro. 5.
Mantener en el lugar de trabajo, un archivador con los Procedimientos de Trabajo actualizados.
6.
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Mantener en la sonda un botiquín completo.
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7.
Planificar correctamente el trabajo a realizar.
8.
Cuando se trabaje en lugares aislados, se debe tener siempre un equipo de comunicación (radio o teléfono) en buen estado.
9.
No permitir que conductores sin licencia o no autorizados, conduzcan vehículos.
10. Para subirse a la sonda, hacerlo con un arnés de seguridad tipo piloto y sobre 1,5 m de largo. Debe tener doble cola. Al subir o bajar, mantenga siempre una de las dos colas conectada a una parte fija de la sonda. Cuando se está trabajando, se deben mantener las dos colas conectadas.
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11. La
señalética
de
Prevención
de
Riesgos debe estar visible en el equipo.
Tómese
el
tiempo
de
conocerla y familiarizarse con ella. Si los carteles no se pueden ver o leer, límpielos
o
cámbielos
por
otros
nuevos.
Hoja de control de riesgos Antes de iniciar un turno de perforación se debe firmar una Hoja de Control de Riesgos (HCR), confirmando: •
Las condiciones mecánicas de la máquina de sondajes (check list).
•
El estado de las herramientas.
•
La situación de la plataforma de perforación.
•
Los elementos de protección personal (EPP), entre otros factores.
A continuación se muestra una proposición de modelo de hoja para control de riesgo:
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MODELO DE FICHA DE CONTROL DE RIESGO Datos del trabajador Nombre y Apellido
Nº Registro
Edad
Tarea
Antigüedad en el puesto
Datos comerciales del equipo Marca Modelo Año Nº Serie Distribuidor Datos relativo al uso del equipo Condiciones de uso Vida útil Datos relativos al mantenimiento del equipo Descripción operación
Plazo
Responsable
1.2.3.Control de mantenimiento Operación realizada
Fecha
Nombre y firma
1.2.3.-
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La actitud Un trabajo bien realizado es aquel que se hace respetando todas las Normas de Prevención de Riesgos, con una buena comunicación entre el grupo de Trabajo y los supervisores, respetando los Reglamentos, Normas y Procedimientos de Trabajo y un buen conocimiento del tema.
Para realizar un análisis de riesgos es fundamental identificar los peligros. Para llevar a cabo la identificación de peligros hay que preguntarse tres cosas: ¿ Existe una fuente de daño ? ¿ Quién (o qué) puede ser dañado? ¿ Cómo puede ocurrir el daño ?
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Con el fin de ayudar en el proceso de identificación de peligros, es útil categorizarlos en distintas formas, por ejemplo, por temas: mecánicos, eléctricos, radiaciones, sustancias, incendios, explosiones, etc.. Complementariamente se puede desarrollar una lista de preguntas, tales como durante las actividades de trabajo, ¿Existen los siguientes peligros?: •
Golpes y cortes.
•
Caídas al mismo nivel.
•
Caídas de personas a distinto nivel.
•
Caídas de herramientas, materiales, etc., desde altura.
•
Espacio inadecuado.
•
Peligros asociados con manejo manual de cargas.
•
Peligros en las instalaciones y en las máquinas asociados con el montaje, la consignación, la operación, el mantenimiento, la modificación, la reparación y el desmontaje.
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•
Peligros de los vehículos, tanto en el transporte interno como el transporte por carretera.
•
Incendios y explosiones.
•
Sustancias que pueden inhalarse.
•
Sustancias o agentes que pueden dañar los ojos.
•
Sustancias que pueden causar daño por el contacto o la absorción por la piel.
•
Sustancias que pueden causar daños al ser ingeridas.
•
Energías peligrosas (por ejemplo: electricidad, radiaciones, ruido y vibraciones).
•
Trastornos músculo esqueléticos derivados de movimientos repetitivos.
•
Ambiente térmico inadecuado.
•
Condiciones de iluminación inadecuadas.
•
Barandas inadecuadas en escaleras.
La lista anterior es una referencia, razón por la cual en cada proceso, caso, faena, equipo, se deberá elaborar una lista propia, teniendo en cuenta el tipo de trabajo y los lugares en donde se efectúa.
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Capítulo 2 Instalación equipo diamantina Paso 1: El equipo de perforación debe instalarse en una plataforma o superficie totalmente nivelada y sin material suelto que pueda alterar el normal desplazamiento de las personas, equipos o maquinarias.
Paso 2: Al instalar la sonda en el punto a perforar, se debe colocar debajo de ésta un polietileno o geomembrana que cubra completamente la zona inferior de la sonda, para evitar contaminación por derrames de aceites, grasas o aditivos.
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•
La geomembrana debe sobresalir aproximadamente 1 metro hacia los 4 lados de la sonda, como precaución en el evento que reviente alguna de las mangueras hidráulicas, aire o lodo.
•
Al instalar la geomembrana, debe quedar más baja en el centro y más levantada en los bordes para evitar la contaminación fuera del área de perforación.
•
Además se debe instalar un polietileno u otro material bajo estanques o tarros de aceite, grasa, diesel, etc., para evitar contaminación por combustibles o lubricantes.
Paso 3 Cuando se nivela la sonda se debe asentar los gatos hidráulicos sobre maderos de aproximadamente 4” de espesor, con el objeto de evitar que éstos se hundan y provoquen una desnivelación del equipo de perforación.
•
No es recomendable usar maderos mayores de 4” en pozos a mucha profundidad ya que se corre el riesgos de desplazamientos y desvíos del pozo.
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Consideraciones importantes 1. La plataforma donde se realizaran los trabajos, debe contar con las dimensiones reglamentarias
para
utilizarse
con
comodidad.
2. Si existieran perforaciones para tronadura, éstas deben ser tapadas o aisladas con cinta reflectante u otro material apto para este fin. 3. Si por el lugar transitan vehículos de alto tonelaje, se debe solicitar la construcción de una berma de seguridad que aísle la plataforma, con una altura no inferior a 1,5 metros. Se debe poner conos reflectantes en la parte superior de la berma. 4. Si el punto de perforación está muy cercano al “cerro”, se debe pedir la construcción
de
una
berma
de
seguridad que proteja en caso de deslizamiento o caída de rocas.
5. En el interior de la mina debe asegurarse que la iluminación sea aceptable, usando lámparas eléctricas. 6. En el área de la plataforma deberá acuñarse el techo y cajas del socavón o túnel. 7. De igual forma chequear la ventilación para evitar desmayos y accidentes del personal a raíz de la emanación del CO. Disponer en caso de emergencias de un estanque de oxígeno, además de tecles, cables eléctricos, etc. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Marzo 2005
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Capítulo 3.- Selección y mantención de herramientas diamantadas Las herramientas diamantadas son los constituyentes esenciales de cualquier sistema de perforación. Estas herramientas son productos que deben poseer las siguientes características básicas: •
Una calidad sobresaliente
•
Una construcción adecuada
•
Un diseño avanzado.
Los 3 atributos anteriores se deben combinar para permitir completar un programa de perforación al menor costo posible en diamantes. Lo ideal es seleccionar una gama completa de herramientas diamantadas con los mismos estándares de calidad.
Tipos de Herramientas Coronas Sacatestigos Impregnadas. En el mercado existe una variedad de fabricantes de coronas sacatestigos impregnadas. La simple gama de 3 productos y con códigos de color fue aceptada prontamente como estándar para la industria de los sondajes diamantinos. En forma progresiva, se han introducido nuevas
matrices,
materiales
diamantados y técnicas de fabricación para crear una gama nueva y mejorada de productos; se trata de las coronas impregnadas de Serie. Las Coronas de Serie están codificadas por color y numéricamente del 2 al 10 para eliminar la confusión causada por las coronas codificadas y ofrecidas por otros fabricantes. Como simple guía, mientras más dura es el tipo de roca, mayor es la Serie, es decir, Serie 10 para rocas más duras y las Series 2 y 4 para las formaciones más blandas y abrasivas. En todo caso debe tenerse en cuenta, que muchos otros factores influyen en la selección y empleo de una Corona de Serie. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Marzo 2005
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Capítulo 4 Estructura de una corona diamantada En los esquemas a continuación se muestra la estructura típica de una corona diamantada. Para visualizar la estructura, se muestra una planta y un perfil de la corona. Se puede observar las vías de agua, la región de la matriz, ancho de pared, etc.
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Capítulo 5.- Terminología de coronas Diámetros finales Sólo se refiere a las superficies que producirán el diámetro exterior máximo (D.E) o el diámetro interior mínimo (D.I) de la corona durante la operación. Por lo tanto, existe una relación directa entre el tamaño del pozo y del testigo con estos diámetros. Por lo general, se establece el valor nominal del rango de tolerancia de los “diámetros finales”. Concentración La región de la matriz de una corona impregnada se compone de una cantidad específica de diamantes sintéticos, que es única para cada producto estándar de la SERIE 2 a 10. La concentración se considera como un porcentaje (%) del volumen de la región impregnada. Tamaño de Producto El tamaño del producto estándar es el especificado por el fabricante del barril sacatestigos. El “tamaño del producto” se refiere a las dimensiones de cuerpo de la corona y a los diámetros de corte de la corona.
Capítulo 6 Criterios generales de selección de coronas Para la elección de la corona adecuada se recomienda: 1.
Las coronas de Christensen se clasifican según el número de Serie, ésta denominación se basa en una descripción de la norma DCDMA, que considera el tipo de terreno o formación a perforar, relacionando la dureza de la roca con el número de Serie de la corona. Esto significa que si el terreno es blando, fracturado, abrasivo; la corona apropiada sería una Serie # 1 ó # 2. Para la formación dura, la Serie de la corona más alta, Serie # 9 o más.
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2.
Es importante considerar las velocidades y la potencia de la sonda, para el diámetro y profundidad del pozo a perforar. Si se dispone de un equipo de alta potencia y empuje, se recomienda usar una corona de Serie baja, por el contrario, si se dispone de un equipo de baja potencia, se debe usar coronas de Serie alta.
3.
•
Sonda baja potencia: Use número Serie alta
•
Sonda alta potencia: Use número Serie baja
Es importante obtener la mayor información geológica posible de las condiciones esperadas del terreno, tales como: tipo de roca esperada, dureza de la roca, condiciones del pozo. Es así, que según la condición de la roca se debe considerar:
4.
•
Roca dureza baja, grano grueso, fracturada => Use número Serie baja
•
Roca dureza alta, grano fino, competente => Use número de Serie alta
Relacionando los puntos anteriores es necesario considerar el grado de penetración o avance de la corona, según lo cual se recomienda: •
Penetración baja => Use Serie más alta
•
Vida útil corta de la corona => Use Serie más baja
NOTAS: 1.- DCDMA: Sigla de la “Diamond Code Drill Manufacturies Association”. Una buena interpretación en castellano es “Código de la Asociación de fabricantes de taladros de diamantes”. 2.- Código DCDMA: Esta codificación es una tabla comparativa que muestra una relación del terreno y que permite asociar a los fabricantes, el tipo de la corona con la correspondiente numeración ( Serie) de D.C.D.M.A.
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Capítulo 7.- Guía de selección de coronas según tipo de roca. A continuación se presenta una tabla que relaciona el tipo de roca, las características de la roca y la correspondencia con la corona de serie recomendada. DCD MA
Característica de la roca
Tipos de roca
Corona Christensen
Extremadamente dura y compacta, de grano fino y no abrasiva. La potencia de la sonda debe ser limitada. Muy dura y compacta, de grano fino y moderadamente abrasiva. Es una corona de corte muy rápido y capaz de perforar a altas velocidades de penetración. Dura, de grano fino a medio grueso. Formaciones sólidas a suavemente fracturadas
Cuarzo, calcedonia, jaspe, riolitas, taconitas, chert, rocas con mineral de fierro.
Serie # 10 Dorada
Dioritas, cuarcitas, taconitas, riolitas.
Serie # 9 Púrpura
Andesita, granito, gneiss, esquisto, basalto, gabro, diorita, hematita, pórfido silificado
Serie # 8 Negra 2
4
Moderadamente abrasiva, grano fino a grueso. Formaciones sólidas a suavemente fracturadas.
Pegmatitas, gabro, monzonitas, dolomita, serpentina, pizarra
Serie # 7 Negra 2
3
Abrasiva, de grano medio a grueso. Formación medianamente fracturada. Se comporta bien en formaciones sujetas a cambios en la dureza y abrasividad de la roca Abrasiva, grano grueso. Formación fracturada y quebrada.
Calcita, conglomerados, areniscas, riolita, talco, pizarra
Serie # 6 Negra 3
Arenisca, pegmatitas, taconitas, cuarcitas.
Serie # 4 Gris
7
6
5
2
1
Extremadamente abrasiva, grano Areniscas, granitos, piedras calizas, cuarcitas medio a grueso. De blanda a muy dura, altamente fracturada, fallas y derrumbes.
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Serie # 2 Roja
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Capítulo 8.- Opciones de coronas. Triple tubo, otras Triple Tubo Se refiere a un tipo específico de corona empleada en conjunto con el barril sacatestigo de triple tubo. La corona sacatestigo posee un diámetro interior más pequeño y el diámetro interior del cuerpo de ésta coincide con el porta resorte de triple tubo; además tiene descargas para enviar por otra vía el fluido del barrido y así lograr una mínima alteración del testigo. Los sistemas de perforación Wireline o cable de triple tubo permiten inspeccionar, examinar geológicamente o “Loguear” un testigo en un estado virtualmente sin alteración.
Revestimiento con metal duro Con el fin de mejorar la protección del cuerpo de la corona, se pueden aplicar 3 franjas espirales (de contacto total) de carburo de tungsteno sobre toda la longitud del cuerpo.
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Revestimiento con arcilla de metal duro Otra opción para la protección del cuerpo se logra incrustando virutas de carburo tungsteno en el cuerpo de la corona. Esta opción solo debe considerarse para condiciones de perforación extremas. Cara plana o Corrugada Para las coronas impregnadas con un ancho de pared inferior a 0,3 pulg. (7,5mm) el perfil de corona estándar es corrugado y para un ancho igual o superior a 0,3 pulg. (7,5 mm) el perfil es plano. Diamantes no naturales. En los productos que son fabricados con un 100% de diamantes sintéticos, se emplean diamantes no naturales o artificiales. Otras Opciones Incluyen vías de agua extra anchas o de “súper barrido”; vías de agua más o menos estándar; conexiones de rosca alternativa y diámetros finales modificados.
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Capítulo 9.- Selección del producto y aplicación Para la selección de la corona correcta para el terreno adecuado, hay que determinar: 1. La velocidad 2. La potencia de la sonda, para el diámetro (tamaño) y profundidad del pozo a perforar. En seguida hay que obtener la siguiente información posible respecto de: •
Tipos de rocas esperadas
•
Condiciones en el fondo del pozo
La gama de coronas impregnadas se fabrican en tamaños que se adaptan a los barriles de la gran mayoría de las empresas que están en la competencia. Las condiciones de perforación a menudo son difíciles en donde las formaciones cambian repetidamente en un intervalo de perforación muy corto. En esta circunstancia, se recomienda la corona de Serie inmediatamente menor, la que cortará la más dura de las formaciones esperadas.
Se debe tener cuidado para restringir las velocidades de penetración en cualquier roca abrasiva que se encuentre, con el fin de proteger la corona de un desgaste excesivo. Por otro lado, si la desviación del pozo se transforma en un problema, una corona de Serie inmediatamente mayor a la seleccionada en principio, combinada con velocidades de penetración reducidas, puede contribuir a poner el pozo bajo control. En ciertos casos, especialmente en terrenos fracturados, se debe desarrollar un programa con lodo de perforación para mantener la estabilidad del pozo.
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Capítulo 10.- Criterios de selección final de coronas
Evaluar los 4 Criterios siguientes Para la Selección Inicial DUREZA DE LA ROCA : BAJA?
TAMAÑO DEL GRANO DE LA ROCA: GRUESO?
FORMACIÓN: FRACTURADA?
POTENCIA DE LA SONDA: BAJA?
Use N° de Serie MENORES
Use N° de Serie MENORES
Use N° de Serie MENORES
Use N° de Serie MAYORES
ALTA?
FINO?
COMPETENTE?
ALTA?
Use N° de Serie MAYORES
Use N° de Serie MAYORES
Use N° de Serie MAYORES
Use N° de Serie MENORES
PERFORAR CON LA CORONA SELECCIONADA OBSERVAR LA VELOCIDAD DE PENETRACION Y LA VIDA UTIL DE LA CORONA (METROS)
SELECCION ADECUADA DE LA PROXIMA CORONA CONSEJO Velocidad de penetración LENTA?
CONSEJO Corta vida útil de la corona?
Pruebe N° de Serie Mayor
Pruebe N° de Serie Menor
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Capítulo 11.- Dureza de la roca y su relación con las coronas
AZUL = 100% APLICACIÓN
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VERDE = USO OCASIONAL
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Capítulo 12 Otros productos Coronas sacatestigos incrustadas Las coronas sacatestigos incrustadas o insertadas pueden emplearse para perforar casi toda la gama de formaciones de rocas encontradas. Su aplicación no es recomendable para ser usadas en terrenos duros, muy duros y extra duros. Por el contrario, su campo de aplicación es en formaciones blandas y semi duras. Estas coronas llevan sobre la superficie de la matriz una capa de diamante insertado. Estos tipos incluyen una variedad de tamaño y cantidad de diamantes según el tipo de roca a perforar. •
Roca blanda: 15 a 25 piedras/quilate
•
Roca dura: 40 a 60 piedras/quilate
Nota: 1 quilate = 0,2 gramos
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Estructura corona incrustada
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Escariadores Escariadores Incrustados Es
un
componente
tubular
del
barril
sacatestigos, que une la corona al tubo exterior del barril. Sobre este componente se proporciona uno o más anillos, que están ccompuestos de diamantes y/o franjas de carburo de Tungsteno. Estos
aseguran
el
mantenimiento
del
diámetro específico del pozo, a pesar del desgaste que se produzca en la corona sacatestigo. El escariador además sirve como estabilizador. Los escariadores incrustados pueden emplearse en todo tipo de formaciones rocosas, desde blandas a muy duras, competentes o altamente fracturadas.
Terminología de escariadores Diámetros Finales: Se refiere a las superficies que producirán el diámetro exterior máximo (D.E). Tamaño del Producto: El tamaño estándar del producto es especificado por el fabricante del barril sacatestigos y se refiere a las dimensiones del cuerpo del escariador y solo al diámetro de corte de éste. Tamaño del diamante: En la industria de perforación diamantina, la incrustación de coronas o el tamaño del diamante se expresa siempre en un número de diamantes de tamaño aproximadamente igual, que tienen un peso total de 1 quilate; de aquí que un tamaño de un diamante 25, signifique que son 25 piedras que pesan 1 quilate. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Marzo 2005
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Tipos de productos Existen 3 tipos de escariadores que se adaptan a todas las aplicaciones de perforación: 1.- Escariador de alta calidad, de prolongada vida útil, para usar en pozos profundos, diseñado para durar entre 6 y 10 coronas impregnadas en condiciones normales de perforación, en roca dura. 2.- Escariador para pozos cortos, de bajo costo, para perforaciones de sobrecarga; diseñado para durar entre 3 y 6 coronas impregnadas en condiciones normales de perforación. 3.- Escariador corregido, para pozos rectos y profundos. Diseñado para durar entre 6 y 10 coronas impregnadas en roca dura. Es un escariador de vida útil prolongada.
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Selección del escariador y aplicación Se deben emplear siempre escareadores del mismo tamaño, tanto con las coronas sacatestigos incrustadas como las impregnadas. Aunque los escareadores diamantados duran más que las coronas (3 a 6 veces) se recomienda alternar 2 ó más escareadores en cada pozo, con el fin de mantener el diámetro adecuado del pozo y descartar los escareadores que se desgastan bajo su diámetro. Si no se respeta esta norma empírica (dada por la experiencia), se obtendrá una corona mal estabilizada o un pozo bajo medida que deberá escarearse posteriormente. Se recomienda usar un calibre de anillo para verificar el desgaste del escareador. Zapatas para Revestimiento Las zapatas o Casing Shoe son usadas para ensanchar o avanzar el casing por una corta distancia en un hueco previamente perforado. Las zapatas para revestimiento van atornilladas al tren de revestimientos y se usan para penetrar una sobrecarga con el fin de asentar el revestimiento en el lecho de la roca o para prolongar la entubación cuando se coloca revestimiento en un pozo.
Tipos de zapatas y Aplicación 1.Incrustadas. Las zapatas para revestimiento incrustadas son diseñadas para penetrar formaciones duras y bastante uniformes. 2.Impregnadas. Las zapatas para revestimiento impregnadas están diseñadas para penetrar formaciones de sobrecarga moderada tales ccomo arena, grava y bolones en condiciones abrasivas.
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3.Impregnadas alta concentración Las zapatas para revestimiento con impregnación de alta concentración se recomiendan para formaciones altamente fracturadas y muy duras para sobrecarga extrema. Como esta zapata se emplea en terrenos muy difíciles, se recomienda una baja velocidad de rotación, para evitar dañar las paredes no consolidadas del pozo y una vibración excesiva.
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Modulo 2.- Secuencia completa perforación diamantina Capitulo 1.- Instalación de faena En la instalación de faenas intervienen equipos como camión pluma (grúa), camión aljibe, sonda de perforación, camión petrolero, camionetas, etc.
Camión pluma
Instalación sonda
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Motobombas
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Grupo electrógeno
Camión petrolero
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Sonda perforando
Camión aljibe
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Capítulo 2.- Secuencia de operación UDR 650 En esta fase se puede visualizar la sonda perforando, la inspección de ella y una vista de la geomembrana de protección del medio ambiente. Sondas en operación
Sonda perforando
Inspección de la sonda
Vista de la geomembrana
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Capítulo 3.- Maniobra de acople de barras En esta etapa se muestra el stock de barras, el enfrentamiento de barras y acople manual, el acople con llave hidráulica y el término de la maniobra. Stock de barras
Torqueo hidráulico de barras
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Acople de barras
Fin maniobra acople
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Capítulo 4.- Maniobra enganche pescante En la secuencia se puede observar la maniobra de enganche del pescante al tubo interior de la barra
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Capítulo 5.- Vista general tablero control y comandos Se muestra una vista general del tablero y algunos instrumentos y comandos principales. Vista general tablero control y comandos
Tacómetro, presión aceite, parada emergencia, temperatura motor Comandos
Presión principal en bar
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Empuje en bar
Voltímetro
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Capítulo 6.- Maniobra bajada barras al pozo y uso prensa Bajada barras al pozo y uso de la prensa de barras.
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Capítulo 7.- Maniobra sujeción barras con prensa En la secuencia se puede observar la maniobra de sujeción de barras en los dos estados, con las mordazas abiertas y cerradas, para evitar que las barras caigan al pozo. Mordazas abiertas
Mordazas cerradas
Capítulo 8.- Maniobra colocación rejilla protección Una
vez
realizada
la
maniobra de acople de barras, se procede a colocar
la
rejilla
de
protección, para prevenir y evitar accidentes.
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Capítulo 9.- Canalización fluidos de perforación En la secuencia se muestra el recorrido del fluido de perforación desde que sale del pozo hasta los estanques y pozo de decantación.
Capítulo 10.- Instalación geomembrana Como medida de protección del medio ambiente, se instala debajo de la sonda un polietileno o geomembrana para evitar la contaminación con aceites o grasas.
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Capítulo 11.- Vista general y componentes sonda Vista general sonda perforando y sus componentes más importantes Torre y carro de perforación
Bomba de lodos
Sarta perforación con rejilla protección
Motor sonda
Radiado
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Capítulo 12.- Maniobra extracción testigo del pozo y disposición en la caja La secuencia muestra la maniobra completa de la extracción del testigo y su disposición en la caja.
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Modulo 3.- Operaciones asociadas
Capítulo 1.- Testificación. Logueo de un sondaje En toda operación de sondajes diamantinos, el objetivo de la testificación de sondajes mineros, es obtener testigos o muestras de rocas o suelos que permanecen como testimonio, prueba y justificación de la certeza de la exploración.
La testificación mecánica de las rocas consiste en: 1. Cortar un testigo. 2. Protegerlo para que no se destruya. 3. Sacarlo
a
la
superficie
y
guardarlo en cajas
La testificación se hace mediante el sistema wireline. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Marzo 2005
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Es necesario indicar que existen testificaciones especiales, como: eléctrica, por inducción, magnética, radiactiva y térmica. Estas se usan en la prospección o búsqueda de yacimientos petrolíferos para lograr un gran rendimiento en la perforación. Los análisis, testificación y muestreo se practican para determinar el tipo de roca, la mineralización y sus alteraciones, como también las condiciones naturales del agua subterránea y del sistema que las contiene. Testificación magnética
Sin embargo, la propia perforación altera las condiciones naturales originales por acción de los fluidos de perforación y de los ripios generados. Ambos contaminan el agua subterránea y alteran las propiedades hidráulicas del sistema.
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Logueo de un sondaje El “logueo” de un sondaje diamantino es una descripción geológica o mapeo del testigo que realiza el geólogo a ojo desnudo, con lupa y algunos ácidos. El objetivo del “logueo” es determinar el tipo de roca, las alteraciones, la presencia de mineralización, fracturas, etc. A continuación se muestra un esquema del formulario típico de “logueo” de sondaje diamantino. Litología Dureza
Descripción litología
Zona Angulo Estructuras
Leyes Cu-Mo
Alteración Tipo Localización Min original Intensidad Min final
Mineralización
Vetillas
Pirita escasa en vetillas, calcopirita moderada diseminada.
Vetillas hidrotermales tardías escasas – 20 mm ancho con Siderita, cuarzo y pirita y halos sericíticos 10 mm ancho.
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Capítulo 2.- Recuperación de testigos Medida de Recuperación de testigos El método más usado para la determinación de la recuperación de testigos diamantinos, es a través de la fórmula siguiente:
Re = (Vr / Vt) x 100 (1) Donde:
Re : Recuperación del sondaje expresada en %
Vr : Volumen del testigo con 100% de recuperación
Vt : Volumen real del testigo.
Los valores de Vt y Vr se calculan como:
Vt=
π/4L
d2
(2)
Vr = (Ps – Pa)/ da (3) Donde:
L: Largo total del tramo perforado
d: Diámetro del testigo
Ps: Peso del testigo en el aire (sin bandeja)
P: Peso del testigo sumergido en agua (sin bandeja)
da: densidad del agua.
Reemplazando (2) y (3) en fórmula (1), se obtiene:
Re(%) = 400( Ps – Pa) / π d2 L da En la práctica se usa el método simplificado:
R testigo(%) = Largo del testigo (en centímetros) en 1 metro de tubo interior
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Capítulo 3.- Tablero de comandos y control de un equipo diamantino El tablero de control y comandos de un equipo de sondajes, es una consola o dispositivo que puede estar integrado o no a la máquina y que contiene todos los instrumentos y comandos para el control y operación de la sonda. GBB dispone de una variedad de sondas diamantinas, como ejemplo CS 3000, sondas multipropósito que trabajan en la modalidad aire reverso y diamantina como las UDR 650 y UDR 1000. A través de los comandos del tablero de control se pueden controlar, corregir y/o modificar los valores de los parámetros de perforación según el tipo de roca que se esté perforando,
de
modo
de
optimizar
el
rendimiento de perforación. Es así, que se pueden variar o ajustar los valores de: •
Peso sobre la corona
•
Caudal de agua
•
Velocidad de rotación del bit o corona
Estas lecturas se pueden observar en: manómetros, tacómetros, flujómetro, termómetros, etc.
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Vista general sonda CS- 3000 y de la consola de comandos e instrumentos de operación que totalizan 34 componentes, incluyendo el panel de control del motor (tablero negro a la izquierda).
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Vista integral panel control Sonda CS - 3000 La figura, muestra el panel de control completo de una sonda CS – 3000. En la página siguiente se detallan los 34 instrumentos y comandos. Detalle componentes panel de control 19 Sincronizador torque 1 Block de control de avance lento 20 Manómetro presión del estanque 2 Control chuck hidráulico hidráulico 3 Cilindro del cabezal 21 Manómetro presión bomba auxiliar 4 Avance lento 22 Control desplazamiento motor de 5 Control del motor del huinche principal rotación 6 Freno huinche principal 23 Manómetro presión de agua 7 Botón parada emergencia 24 Panel de control del motor 8 Control del huinche principal 25 Manómetro 4”, 600 psi 9 Control del avance rápido 26 Tacómetro del eje 10 Control del huinche wireline 27 Presión de pulldown 11 Regulador de la rotación 12 Regulador de la velocidad de la bomba de lodos 28 Presión de holdback 29 Interruptores 13 Descarga presión de agua 30 Medidor de flujo 14 Block de potencia auxiliar 31 Torque de rotación 15 Regulador del flujo del mezclador de lodos 32 Generador de torque 16 Ubicación futura válvulas auxiliares 33 Velocidad de rotación 17 Abrazadera de barra 34 Automático 5 amperes 18 Velocidad de la bomba de agua
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A continuación se detallarán los INSTRUMENTOS y COMANDOS más importantes de una sonda diamantina Atlas Copco CS 3000.
Las imágenes de los instrumentos y comandos se explican por si solas ya que tienen indicaciones en español.
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En esta imagen se observa el módulo de los 4 comandos (de izquierda a derecha): 1. Comando regulación de la rotación. 2. Comando regulación huinche wireline. 3. Comando regulación avance rápido. 4. Comando regulación huinche principal
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Block de potencia que permite funciones como: 1. Perforar 2. Levantar barras 3. Agregar barras
En la imagen se muestra de izquierda a derecha: 1. Avance lento 2. Control cilindro del cabezal 3. Regulación hidráulica chuck o prensa de sujeción.
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La imagen muestra los controles para regular: 1. El peso sobre la corona (pulldown) 2. La retención (hold back)
La imagen muestra el panel de control del motor de la sonda. En
este
instrumentos
panel como:
se
disponen tacómetro,
presión de aceite, termómetro, control batería, etc.
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En esta imagen se pueden observar: •
Manómetro presión bomba auxiliar.
•
Manómetro presión estanque hidráulico.
•
Sincronizador de torque; que permite las funciones de: 1. Perforar 2. Enroscado de barras 3. Desenroscado de barras
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En la imagen se muestran los instrumentos para controlar: 1. El peso sobre la corona (pull down), en libras. 2. La fuerza de retención de barras (hold back), en libras. Es importante aclarar que junto a los controles de pull down y hold back se ubican 2 manómetros de presión de avance que registran la presión hidráulica en PSI (escala en negro) y BAR (escala en rojo) y no el peso sobre la corona. La correlación entre presión hidráulica y el peso en libras o kilos varía según el equipo, dependiendo del diámetro de los cilindros hidráulicos de la sonda. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Marzo 2005
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Capítulo 4.- Atrapamiento de pozos. Maniobras de rescate Uno de los problemas más complicados de resolver en sondajes diamantinos es el atrapamiento de herramientas tales como barras, casing, coronas; ya que se corre el riesgo de perder el pozo y tener una pérdida económica importante. Es por eso que cuando existen problemas de atrapamiento, se debe recurrir al plano del pozo para visualizar donde está el problema, el que sirve para hacer un análisis de las soluciones de rescate. Es recomendable tener un plano actualizado del pozo que indique la profundidad, el tipo de terreno que se está pasando, el diámetro, si el pozo tiene revestimiento, etc. La boca del pozo debe estar permanentemente cerrada, de manera de evitar caída de materiales, pues ello provoca graves daños económicos, de imagen y prestigio de la empresa.
Herramientas de rescate Las herramientas de rescate más comunes en la operación pesca de barras, casing y barriles sacatestigos, atrapados en pozos, son: •
Machos
•
Campanas
•
Araña
•
Cola de chancho
Estas herramientas son bajadas al interior del pozo junto con las barras y sirven para “enganchar” lo que se necesita rescatar, siempre que el espacio anular del pozo lo permita.
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Maniobras de rescate Un rescate debe ser siempre bien planificado, estableciendo el método a usar y el tiempo estimado de duración. Los costos de un rescate fallido, deben ser comparados con el costo de abandonar la herramienta e iniciar un pozo nuevo. En todas las maniobras de rescate de herramientas se debe ejecutar el siguiente plan de acción: 1.- Analizar todos los datos disponibles registrados en el plano del pozo, en los report de turno y los testigos, entre otros antecedentes. 2.- Determinar la forma y tamaño del objeto que ha producido el atrapamiento (diámetro exterior e interior) y profundidad a la que se encuentra. 3.- Seleccionar la “herramienta de pesca” a usar. 4.- Tener preparadas otras alternativas de rescate en el evento que el método usado no de resultados. 5.- Iniciar el rescate. 6.- Analizar todas las piezas recuperadas y asegurarse que no quedó nada en el pozo, antes de volver a perforar.
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Rescate de casing Cuando se atrapa el casing, una de las alternativas es usar un cortador de casing. El primer corte hay que hacerlo al fondo y así ir subiendo, sin olvidar que los cuchillos del cortador sirven para máximo tres cortes, ya que al afilarlos pierden la medida. Esto puede ser realizado simplemente bajando o subiendo el cortador a la profundidad deseada, al cabo de esto se hace rotar en la dirección de los punteros del reloj, lentamente incrementando la presión del aire aproximadamente 150-200 PSI hasta que se produzca el corte. Cuando el casing se corta en los hilos, se debe usar un “macho de pesca”, el cual debe estar disponible en cada faena para evitar pérdidas de tiempo. Cortador de casing Reglas importantes para un buen rescate No dejarse atrapar por el pánico; una decisión apresurada puede significar un gran gasto operacional. Recoja y estudie toda la información disponible, en especial consulte los informes de turno anteriores, analice los testigos y la herramienta disponible. Sea siempre objetivo. Si se conoce la información exacta, la gran mayoría de los objetos atascados o caídos al pozo pueden ser rescatados. Un alto porcentaje de los rescates podrían evitarse utilizando una buena técnica de perforación.
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Modulo 4.- Parámetros operacionales. Capítulo 1 Parámetros de Operación y características de las coronas. A continuación se presentan algunas características que pueden ayudar para que las coronas funcionen correctamente. Vía de agua: Son ranuras radiales Que permiten refrigerar y transportar el fluido para evitar que la corona se queme o funda y también lograr un buen barrido del detrito o recorte que se está generando en el fondo del pozo. Refuerzos de carburo de tungsteno Todas las coronas impregnadas son fabricadas con este tipo de refuerzo y con diamantes naturales en diámetro interior y exterior, para mantener la dimensión del testigo y del pozo, cuando se desgasta la corona. Matriz Está construida de polvos matríceros de metal duro como es el carburo tungsteno y soldadura (cobre – plata). La matriz tiene 3 funciones principales: •
Unir el cuerpo de acero de la corona y los diamantes en una unidad integral.
•
Asegurar mecánicamente los diamantes en su lugar, para resistir la fuerza de corte.
•
Proveer resistencia al desgaste y a la erosión compatible con la formación y condiciones del pozo.
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Capítulo 2.- Velocidad de rotación versus penetración. Como norma, las coronas diamantadas impregnadas requieren velocidades de rotación mayores para lograr velocidades de penetración comparables con las de las coronas incrustadas. Esto se debe a que la exposición del diamante es menor en una corona impregnada, luego la penetración por revolución o vuelta es también menor. En las coronas impregnadas, las velocidades de penetración están ccontroladas dentro de un rango muy estrecho para una determinada velocidad de rotación de la corona (rpm) y el peso sobre élla es de importancia secundaria. Este procedimiento se conoce como mmétodo de pperforación rpp: •
Revoluciones/pulgada (sistema inglés)
•
Revoluciones/centímetro (sistema métrico).
El índice rpp (revoluciones de la corona por pulgada (cm) de penetración) es el cálculo más importante para lograr la máxima vida útil de la corona, bajos costos de perforación y una máxima productividad. Para calcular el índice rpp (r/pulg.), se divide la velocidad de rotación (rpm) de la corona por la velocidad de penetración. Ejemplo: Velocidad de rotación corona (rpm ) = 800 rpm Velocidad de penetración
= 4 pulg/min (Controlada por el peso sobre corona) 10 cm/min
Luego rpp (r/pulg.) = 800 rpm / 4 pulg/min 800 rpm/ 10cm/min
= 200 rpp (rev/pulg.) = 80 r/cm (rev/cm)
El rango aconsejable es de: 200 – 250 rpp (80 – 100 r/cm) •
200 rpp para roca media dura.
•
250 rpp para roca dura
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Siempre que se trabaje dentro de esta norma y la corona de la Serie corresponda a la formación y dureza de la roca, la perforación debería progresar sin problemas y la corona se desgastará a un ritmo más o menos constante durante toda la vida útil. Si el índice rpp (rev/pulg.) se encuentra bajo el mínimo recomendado de 200 rpp, se producirá un desgaste excesivo de modo que se deberá aumentar las rpm de la corona o disminuir la velocidad de penetración, mediante la reducción del peso sobre la corona. Si las condiciones de terreno o las limitaciones de la sonda le impiden efectuar estos ajustes, cambie a una corona de Serie menor. Si el índice rpp (rev/pulg) es muy superior al máximo recomendado (250 rpp), la corona se puede pulir, en este caso hay que reducir las rpm o aumentar la velocidad de penetración, aumentando el peso sobre la corona. Si las rpm o el peso no pueden ser modificados, entonces cambie a una corona de Serie mayor (por ejemplo de serie 2 a 6). Existe una relación crítica entre la velocidad de rotación (rpm) y la velocidad de penetración (pulg./min). Si la rpp es demasiado baja, es posible que se salgan los diamantes de la matriz. Al contrario si la rpp es demasiado alta, los diamantes pueden resultar pulidos y la velocidad de penetración disminuye notablemente.
Capítulo 3.- Peso Sobre la Corona Aunque el peso sobre la corona (Pull Down) es solo de importancia secundaria cuando se está perforando con coronas impregnadas, puede ser un factor importante en algunas circunstancias. Esto es especialmente efectivo cuando se está alcanzando el límite de las herramientas dentro del pozo para soportar empujes altos o cuando el control de la desviación es de primordial importancia.
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En estos casos, se recomienda emplear una corona de Serie mayor a la normalmente seleccionada o recomendada, teniendo cuidado con las velocidades de penetración. Esto tenderá a disminuir la desviación o los problemas de la herramienta dentro del pozo. Si se requieren pesos sobre la corona muy altos para cortar la roca, se debe seleccionar un rango de Serie mayor. Esto normalmente dará por resultado que se requerirán pesos más bajos sobre la corona, mientras se mantienen velocidades de penetración aceptables. Si se sobrepasa el peso máximo recomendado sobre la corona, se puede esperar que surja desviación del pozo, desgaste excesivo de los barriles sacatestigos y coronas como también de las barras de perforación. Además se pueden presentar fallas dentro del pozo. El
peso
debe
ser
aplicado
dependiendo de la velocidad de rotación para mantener la corona penetrando (como lo indica el factor rpp). Sin embargo una carga demasiado alta
puede
causar
una
reimpregnación de los diamante, desgaste
prematuro
debido
al
desgaste de la matriz o incluso la falla mecánica de ésta. Una carga demasiado
baja
a
menudo
conduce a que los diamantes rresulten
pulidos
entonces
que
la
requiriendo matriz
sea
removida superficialmente hasta exponer
una
nueva
capa
de
diamantes.
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Capítulo 4.- Método de Presión Diferencial para determinar el peso sobre la corona. La presión diferencial multiplicada por el área de los cilindros hidráulicos de avance de las sondas nos entrega la fuerza sobre la corona diamantada. Ejemplo: Diámetro Cilindros de Avance = 4 pulg. (10 cm.) Área de Ambos Cilindros (A )= 2 x π d2 / 4 = π d2 / 2 Luego A = 3,14/2 x 10,162 = 162 cm2 = 25,1 pulg2 Un descenso de presión de avance o presión diferencial de 100 psi ó 7 Kg/cm2 representa una fuerza total sobre la corona de = 25,1 pulg2 x 100 psi 2.510 lb. o 1.134 Kg. Notas:
14,285 psi = 1 Kg/cm2 Fuerza = Presión x Superficie = 25,1 pulg2 x 100 pound (lb) / pulg2
Flujo de Fluido La regulación de la salida de la bomba de lodo mediante un medidor de flujo de agua (flujómetro), puede ser una técnica útil para ayudar a la perforación deformaciones silíceas muy duras. Si, cuando se está empezando a bombear al volumen máximo de fluido recomendado, surge la necesidad de afilar la corona, la salida de la bomba debe reducirse al valor menor recomendado. Esto ayudará a que se acumule una pequeña cantidad de detritos en la cara de la corona lo que, a su vez, desgastará la matriz. Si el pulido o la necesidad de afilar la corona persiste, se debe realizar un cambio de corona a la corona de Serie mayor más próxima (por ejemplo de Serie 6 a 7).
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Se recomienda
además usar aceites solubles o fluidos lubricantes con las coronas
impregnadas, solo en formaciones de roca dura. El caudal del fluido es una variable crítica al optimizar la eficiencia de perforación. El fluido debe enfriar efectivamente la corona y remover los recortes de la perforación a través del espacio anular en la forma más eficiente posible. Un caudal demasiado alto puede causar el levante hidráulico de la columna y afectar al peso real sobre la corona y en consecuencia al rendimiento de la perforación. Un caudal bajo puede desgastar en forma prematura la corona debido a la acción abrasiva del recorte.
Pulido Pulido, glaseado o vitrificado son términos empleados comúnmente para describir una condición en la que la cara de la corona adquiere una textura metálica y no sobresalen puntas de diamante desde la matriz para cortar la roca. La penetración cesa virtualmente y se hace necesario afilar la corona en el pozo o, en otros términos, reexponer el diamante. Es de suma importancia, para evitar el pulido, que el perforista mantenga la corona cortando.
Método de Afilado en el Pozo Si se ha seleccionado una corona de la Serie demasiado menor para el tipo de roca o se ha dejado que una corona impregnada disminuya la velocidad y se pula, es necesario afilar la superficie de la matriz para exponer los diamantes.
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Esto puede hacerse mediante la reducción de las rpm del husillo en alrededor de 1/3 de vuelta (seleccione una marcha menor si cuenta con transmisión) y manteniendo una velocidad de penetración constante. La presión en la corona aumentará hasta que se perfore 1 pulg. y luego la presión descenderá rápidamente, señalando que se ha producido el afilado y que la corona está cortando de nuevo, rápidamente. Reduzca inmediatamente la presión sobre la corona y aumente las rpm del husillo para adecuarse al índice rpp (rev/pulg.) correcto. Si se repite demasiado este proceso, se recomienda cambiar corona a una serie mayor.
Método de Afilado Fuera del Pozo El limpiar la cara de la corona con un chorro de abrasivo duro (arenado) devolverá la exposición de los diamantes y permitirá una penetración mayor. Recomendaciones: 1.
El afilado debe evitarse en la medida de lo posible, debido a que reduce artificialmente la vida útil de la corona.
2.
Cortar el agua mientras se está perforando y esperar que la corona muerda, constituye un método No recomendado por la experiencia.
Parámetros de Perforación para Coronas En la tabla que se muestra a continuación se detallan los rangos de los 4 parámetros de perforación más importantes: •
Caudal de agua ( Fluido )
•
Velocidad de rotación de la corona (rpm)
•
Peso sobre la corona
•
Velocidad de penetración de la corona
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Sistema o tamaño de la corona
Caudal bomba de agua
Velocida d de rot. corona
Velocidad penetración corona pulg./ min. 200 rpi
TT - 46
250 rpi
cm/min 80 r/cm
Kg
23 14 10
1000 - 3000
454 –1364
25 15 11
20 12 8,5
2000 - 5000
909 – 2073
6,8 4 2,8
21 12,5 9
17 10 7
2000 - 4000
2273 - 1818
8,5 5 3,5
6,8 4 2,8
21 12,5 9
17 10 7
2000 – 5000
909 - 2273
1350 800 550
6,8 4 2,8
5,4 3,2 2,2
17 10 7
13,5 8 5,5
3000 - 6000
1364 – 2727
1000 600 400
5 3 2
4 2,4 1,6
12,5 7,5 5
10 6 4
4000 – 8000
1818 - 3636
800 500 350
4 2,5 1,8
3,2 2 1,4
10 6 4
8 5 3,5
5000 - 10000
2273 - 4545
l/min.
rpm
2,5 – 3,5
9,5 - 13
2300 1400 1000
11,5 7 5
9,2 5,6 4
29 17,5 12,5
2000 1200 850
10 6 4,3
8 4,8 3,4
1700 1000 700
8,5 5 3,5
1700 1000 700
4 -5
TT 56
2,3 – 3,5
BXWL BQ
6-8
NXWL NQ
8 - 10
HXWL HQ
10 - 12
PQ CP
18 - 23
15 - 19
8,7 - 13
23 - 30
30 - 38
38 - 45
68 - 87
100 r/cm
lb
gpm
AXWL AQ
Rango indicativo del peso sobre corona
Capítulo 5.- Resolución de problemas y consejos prácticos. Bastante es lo que se puede aprender del examen de las coronas impregnadas cuando son retiradas desde el pozo de perforación. Las imágenes y observaciones que aparecen en el Módulo 5, ayudarán a identificar y solucionar muchos de los problemas comunes que se ppresentan en terreno. El retiro normal o descarte de una corona impregnada solo debe realizarse si ésta ha sido totalmente consumida. La mayoría de las coronas impregnadas que ofrece el mercado
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poseen vías de agua profundas para permitir que la corona sea completamente consumida. El primer indicador de que la corona esta aproximándose a su retiro normal,es un aumento o pulsación de la presión de la bomba de agua debida a la disminución de la profundidad de las vías de agua. Idealmente y de acuerdo a la práctica, una corona impregnada perforará en forma constante, con un desgaste simultáneo de la matriz y los diamantes.
Modulo 5.- Patrones de desgaste Capítulo 1 Fallas coronas. Causas y soluciones En las imágenes siguientes se muestran las fallas más características que presentan las coronas de diamante. Además se detallan las causas y soluciones de estas fallas. 1.- Corona Impregnada Nueva Imagen de referencia para comparaciones.
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2.- Corona con Desgaste Ideal Desgaste parejo hasta el inserto de carburo. Igualmente se desgastan los diamantes.
3.- Corona Retiro Normal La profundidad de Impregnación se consume por completo y en forma pareja.
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4.- Corona con Diamante Demasiado Expuesto La matriz se desgasta antes que los diamantes, resultando una alta exposición de ellos y prematura pérdida de la vida útil de la corona. Causas •
• •
Peso excesivo sobre la corona, muy alto comparado con la velocidad de rotación. El flujo de agua es demasiado bajo. Por el uso de coronas de serie alta (matriz muy suave).
Solución • Aumentar la velocidad de rotación (rpm) y bajar el peso sobre la corona (subir RPP). • Subir el flujo o caudal de agua. • Cambiar la corona por una de serie menor (matriz más dura).
5.- Cara Corona Cristalizada Diamantes y matriz pulidos. La corona no corta. Causas • Peso sobre la corona es muy bajo para la velocidad de rotación. • El caudal de agua es muy alto. • Por usar series menores (matriz más dura). Solución • Afilar la corona con esmeril. • Bajar la velocidad de rotación y aumentar el peso sobre la corona. • Bajar el caudal de agua. • Seleccionar un bit de serie mayor (matriz más blanda). Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Marzo 2005
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6.- Corona Quemada: Corona completamente fundida y destruida. Causas •
Corte de agua.
•
El operador se olvidó de cerrar la válvula de agua.
Solución •
Aumentar el caudal de agua.
•
Revisar si la bomba de agua está trabajando.
•
Revisar ajuste y o’ring del tubo interior.
•
Revisar fugas en las uniones de las barras.
7.- Corona con Vías de Agua Fracturadas: Fractura lateral de las vías de agua. Causas •
Mucho peso sobre la corona.
•
Caída de barras en el pozo.
•
Caída libre del tubo interior en un pozo seco.
•
La corona fue aplastada por la prensa de pie (sujetador de barras).
Solución •
Reducir el peso sobre la corona (hold back)
•
Si se trata de un pozo seco, levante el tubo interior con el huinche WL.
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8.- Corona con Pérdida del Diámetro Interior: Desgaste del diámetro interior.
Causas • • • • •
Velocidad de penetración de la corona muy alta. Terreno muy fracturado. Se perfora sobre testigo abandonado en el pozo. Caudal de agua muy bajo. Matriz muy blanda.
Solución • Aumentar la velocidad de rotación. • Bajar el peso sobre la corona. • Cambiar a corona de serie menor (matriz más dura). • Suba el caudal de agua. • Verifique el largo del tubo interior. • Agregue cemento al pozo.
9.- Corona con Pérdida de Diámetro Exterior: Desgaste del diámetro exterior de la corona. Causas • • •
Vibración. Velocidad de rotación muy alta. Caudal de agua muy bajo (fugas). La corona está escareando el pozo bajo medida.
•
Solución • • • •
Suba el caudal de agua. Bajar la velocidad de rotación. Verifique el diámetro del escareador. Agregue fluido de perforación para reducir la vibración.
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10.- Corona con Desgaste Cóncavo de la Cara Redondeada hacia el D.I. Desgaste de la corona de afuera hacia adentro. Causas •
Velocidad de penetración muy alta en comparación con las RPM (RPP muy baja).
•
Desgaste del testigo por reperforación.
Solución •
Disminuir la velocidad de penetración.
•
Subir las RPM de la corona.
•
Inspeccionar el barril sacatestigo.
•
Agregue fluido de perforación (terreno fracturado).
11.- Corona con Desgaste Convexo de la Cara Desgaste de la corona hacia el D.E. Causas •
Caudal de agua muy bajo.
•
Fuga de agua por las barras.
•
Pozo rimeado.
Solución •
Suba el caudal de agua.
•
Chequee el diámetro del escareador.
•
Chequee fugas de agua.
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Modulo 6.- Fluidos de perforación Capítulo 1.- Definiciones Se llama fluido de perforación, lodo, aditivo, agua pesada, al líquido que permite: 1. Enfriar la sonda ( barras, coronas, etc.). 2. Elevar los detritos de perforación y sacarlos fuera del pozo. 3. Sostener las paredes del pozo. El fluido debe ser siempre capaz de depositar una “ costra” o “ cake “ o pasta que reemplace un entubado. Los fluidos de perforación son habitualmente suspensiones coloidales (gelatinas) en base a arcillas, en las que el agua se presenta bajo las formas siguientes: 1. Agua libre entre las partículas. 2. Agua adsorbida, es decir, fija rígidamente sobre la superficie de las partículas. 3. Agua adsorbida o de solvatación formando parte integral de las partículas y transformándolas más o menos en gelatina. El
agua
adsorbida,
depende
de
la
superficie total de las partículas y la de solvatación, de su volumen. Por tanto, para una cantidad de agua determinada, el agua de adsorción será tanto más importante cuánto más pequeña sea la dimensión de las partículas. Por
ejemplo,
las
bentonitas,
cuyas
partículas en casi su totalidad tienen una medida
inferior
a
una
micra,
son
excelentes para la fabricación de fluidos de perforación. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Marzo 2005
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Si se seca al aire un lodo, sólo se evapora el agua libre dejando un resto plástico que forma la costra. Las aguas de adsorción y de solvatación no pueden extraerse de este modo. La experiencia muestra que las partículas de arcilla poseen una carga eléctrica y que las propiedades de suspensión dependen de esta carga. Para las partículas muy finas, los efectos de su masa son despreciables ante las acciones eléctricas y basta con modificar éstas, mediante la incorporación de iones, para cambiar la estructura del fluido. Estos iones se incorporan al fluido por medio de electrolitos, o bien por aquellos que se encuentran en las formaciones que se perforan y que se mezclan con el lodo, o bien por los que se agregan para conseguir determinados resultados. El funcionamiento de un fluido es extremadamente complejo, las características más importantes son: •
pH
•
Agua libre y espesor de la costra.
•
Densidad.
•
Viscosidad y Tixotropía.
Capítulo 2.- pH El pH es un término que indica la concentración de iones hidrógenos en una disolución (mmezcla que resulta de disolver cualquier sustancia en un líquido). Se trata de una medida de la acidez de la disolución. El término se define como el logaritmo de la concentración de iones hidrógeno, H+, con signo negativo.
pH = - log [ H+ ] Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Marzo 2005
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Donde [ H+ ] es la concentración de iones hidrógeno en moles por litro. Debido a que los iones H+ se asocian con las moléculas de agua para formar iones hidronio, H3O, el pH también se expresa en términos de concentración de iones hidronio. El pH se refiere al grado de acidez o basicidad de una solución. Se expresa en valores que van desde 0 a 14, siendo el valor medio (7) correspondiente a una solución neutra (por ejemplo, el agua para beber), en tanto que valores más bajos indican soluciones ácidas y valores altos, soluciones básicas. A mayor valor del pH, menor concentración de hidrógeno y menor acidez de la solución. Cuando el pH pasa a básico se produce una rápida transformación del amoniaco del agua en amoniaco, ccaracterizado por una disminución de la concentración de ácido, dando lugar a cifras de pH altas, lo que significa un pH básico.
H3O+
pH
Carácter
10-1
1
Ácido
10-2
2
Ácido
10-3
3
Ácido
10-7
7
Neutro
10-8 10-12
8 12
Básico Básico
10-14
14
Básico
Si H3O+ mayor que 10-7 = solución ácida y pH menor a 7. Si H3O+ menor que 10-7 = solución básica y pH mayor a 7. En un lodo nuevo el pH está en un rango de 7 a 9,5; es decir en la zona del punto isoeléctrico de suspensión formada por el lodo. Fuera de esta zona aparece la floculación; en donde se afecta la viscosidad y el agua libre. La vigilancia de este valor permite descubrir rápidamente algunos contaminantes del lodo por el terreno o las aguas del pozo; y por las cementaciones. Estas últimas dan un pH de 11,5 a 12,5. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Marzo 2005
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Capítulo 3.- Viscosidad del fluido La viscosidad es la principal característica de la mayoría de los productos lubricantes. Es la medida de la fluidez a determinadas temperaturas. Si la viscosidad es demasiado baja la película lubricante no soporta las cargas entre las piezas y desaparece del medio sin cumplir su objetivo de evitar el contacto metal - metal. Si la viscosidad es demasiado alta, el lubricante no es capaz de llegar a todos los intersticios en donde es requerido. Al ser alta la viscosidad, es necesaria mayor fuerza para mover el lubricante originando de esta manera mayor desgaste en la bomba de lodos, además de no llegar a lubricar rápidamente en el arranque en frío. La viscosidad debe ser la menor posible para disminuir las pérdidas de carga debidas al flujo del lodo y la potencia de la bomba, así como para permitir una buena separación de las partículas de arena arrastradas por el fluido de perforación o lodo.
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Tampoco debe ser demasiado baja, para evitar que durante la perforación se sedimenten en los pozos las partículas inertes. La viscosidad está ligada al estado eléctrico del fluido de perforación, es decir a su pH. Es la que asegura la continuidad de la costra frente a los horizontes impermeables. Se mide o expresa en poises, centipoises.
Capítulo 4.- Densidad del fluido La densidad, es una característica de cada sustancia. En el caso de los fluidos de perforación, se define como el cuociente entre la masa del fluido y el volumen que ocupa. El valor de la densidad de un fluido de perforación suele ser aproximadamente 1,2 g/cm3 Puede aumentarse para impedir la entrada en el pozo de algunos mantos cautivos de agua; luego la presión diferencial que debe emplearse a de ser por lo menos de 25 a 30 kilos por cm2
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La arcilla diluida en el agua no permite sobrepasar un valor de 1,4; por encima del cual los lodos no son bombeables. Entonces se carga el lodo con productos como pirita, siderita, galena o barita, en cuyo caso la densidad del lodo puede llegar a 2,4. El lodo denso ejerce contra las paredes del pozo una contra presión que mantiene las formaciones en su sitio.
Características Medias de un Lodo de Perforación •
Densidad, 1,2 g/cm3
•
Viscosidad Marsh (embudo calibrado) de 30 a 70 centipoises.
•
Gel en el minuto 0 a 10
•
Gel en el minuto 10,1 a 50 (viscosímetro Stormer)
•
Costra inferior a 6/32 de pulg. (5 mm)
•
Contenido en arena inferior a 2 o 3%
Vigilancia de los Lodos El consumo de lodo, que circula en circuito cerrado, es pequeño; teóricamente bastará aumentar la cantidad del mismo, para compensar el aumento del volumen de la perforación debido a su avance. Algunos incidentes pueden hacer precisos su renovación o su modificación. Un horizonte permeable puede absorber lodo; si se trata de una fisura, el lodo desaparece hasta que se obtura dicha salida. Luego hace falta compensar las pérdidas. Algunas arcillas que forman horizontes importantes pueden peptizarse en lodo y aumentar peligrosamente su viscosidad; entonces hay que hacer una reducción de la misma. Las aguas saladas, el yeso, el cemento pueden flocular el lodo, bloqueando así la herramienta de perforación. Recursos Humanos, Capacitación JD/jrp Marzo 2005
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El exceso de arena, debido a un desarenado insuficiente, provoca el desgaste de las bombas, tubos, coronas y un aumento del agua libre pueden llegar a ser necesario reemplazar todo el lodo. Por esta razón se hace necesaria una vigilancia permanente del lodo durante la perforación de un pozo.
Capítulo 5.- Programación de un fluido de perforación Para programar los fluidos para cada pozo, se requerirá de la siguiente información: •
Diámetro y profundidad del pozo
•
Diámetro de las barras de perforación
•
Geología esperada del terreno, incluyendo: pérdida de circulación, derrumbes, arcillas, etc.
•
Razón de bombeo y capacidades de presión de la bomba.
•
Las medidas de los estanques de superficie y el equipo disponible.
•
Razón de penetración esperada durante la perforación.
•
Calidad del agua de terreno (ddureza, pH).
El programador de fluido deberá considerar: 1. Si se requiere un sistema inhibidor. 2. Si el agua de terreno presenta algún problema. 3. Métodos para combatir pérdidas de circulación o derrumbes y en que lugares son esperados. 4. Si las formaciones contienen arcillas. 5. Que tipo de lubricación es necesaria. 6. Las características reológicas y la viscosidad del fluido.
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Capítulo 6.- Tipos y aplicaciones fluidos TIPO VISCOSIFICADOR USO
VENTAJA
• En ggeneral para perforación diamantina, iinhibidor(encapsulador) de arcillas. • Estabilizador de espumas (pozos de agua). • Se usan con bentonitas y arcillas naturales, evitando derrumbes. • Perforación de pozos de agua con corona o tricono normal o reversa. • Remoción rápida de detritos en canaletas y estanques de decantación. • Reducidor de pérdida de fluido en lodos. • Inhibidor de formaciones hidrofílicas
• Previene el agrupamiento de detritos en la corona o tricono (arcillas, limos, lavas, etc). • Mejora la limpieza y estabilidad de pozos. • Mejora la recuperación de testigos. • Lubrica las barras de perforación. • Usar en aguas contaminadas con Ca, Mg y sales naturales. • Mejora las condiciones reológicas del fluido.
TIPO ESPUMANTE
USO •
•
Perforación rotatoria con aire y de percusión de pozos de agua y antepozos. Usar en pozos profundos (> 1000 mts) en donde se esperan grandes influjos de aguas dura o salinas (tratarlas).
VENTAJA • • •
•
Mayor razón de penetración y prolongación de la vida tricono o martillo ya que vida del extrae eficientemente detritos de gran tamaño. Suspensión de detritos cuando la circulación se detiene. Mejoramiento en la eficiencia del martillo gracias a la espumación de influjos de agua, lo que reduce la presión hidrostática inversa. Eliminación de polvo en áreas de trabajo, reduciendo el efecto dañino de la inhalación y de la contaminación de equipos.
TIPO LUBRICANTE USO •
Lubricación de coronas y barras
VENTAJA • • • • •
•
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Aumenta la velocidad de penetración y los efectos sinérgicos con otros lodos o aditivos. Prolonga la vida de la corona. Reduce el desgaste de barras. Biodegradable y 100% soluble en agua, no altera las muestras ni daña el medio ambiente. Forma una película lubricante altamente resistente en las barras, coronas y paredes del pozo. Prolonga la vida de las coronas al reducir la vibración.
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TIPO DETERGENTE USO • • • • •
VENTAJA
Dispersar arcillas y bentonitas mejorando la homogeneidad. Enfría y limpia la corona. Ayuda en la decantación de detritos en lodos. Evita atrapamientos en sectores arcillosos. Se usa para soltar pegadas de herramientas o pescas.
• Ayuda a formar una pared delgada y firme en presencia de arcillas. • Mejora el enfriado de la corona o tricono y su vida útil. • Aumenta la velocidad de penetración en lodos o formaciones plásticas. • Previene la adherencia de sedimentos al interior de las barras de perforación.
INHIBIDOR USO •
VENTAJA
Para inhibir la expansión de arcillas, esquistos, limos en lodos.
• • • •
Inhibe efectivamente la adsorción del agua de arcillas, barros, limos y otras formaciones sensibles al agua. Previene lavados y atrapadas por expansión. Aumenta la velocidad de penetración. Mejora la recuperación de testigos.
ADITIVO PERDIDA DE CIRCULACIÓN USO • • •
VENTAJA
Para taponar y sellar fisuras y grietas en • rocas fracturadas o de alta permeabilidad • que producen pérdida de lodo. Para ser agregados en trabajos de cementación a la lechada para darle mayor • viscosidad y evitar su fuga total en grietas. Reduce la resistencia final del cemento haciéndolo menos quebradizo y más fácil de reperforar.
Resultados rápidos y permanentes. Diseñado para actuar en fisuras pequeñas, las que representan el mayor % de las pérdidas totales. Mantiene el pozo lleno, reduciendo el riesgo de derrumbes producto de las vibraciones y de la pérdida de presión estática.
ABLANDADOR AGUA USO
VENTAJA
Para reducir o eliminar la dureza del agua y elevar e pH.
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Modulo 6.- Glosario Operación diamantina Drill rod : Wireline : Cutting : DTH : DTHH : DDH : Diamond : Reaming Shell : CFM : PSI GPM FPM Diamond Core Water Well Well Check List Drill Drill Pipe Casing Limestone Pipe Reamer Impregnated core bit
: : : : : : : : : : : : : :
Barra de perforación Línea de cable o alambre. Recorte, sedimento, detrito de perforación. Down the hole : Dentro del pozo (hoyo) Down the hole hammer : Martillo dentro del pozo. Diamond drill hole. Pozo diamantino Diamante. Barril sacatestigo (tubular). Cubic Feet per Minute : pies cúbicos/minuto. Capacidad Compresor. Pound Square Inch : Libras/pulgadas al cuadrado. Galón /min = 3.785 lt/min. Feet per Minute = pies/min. Velocidad barrido del aire. Núcleo, testigo de diamante. Pozo de Agua. Pozo Lista de Verificación. Taladro, broca. Tubo de perforación, casing. Revestimiento. Piedra caliza. Tubo, caño. Escarear, ensanchar. Corona diamante impregnada.
Barra de perforación: Es un tubo trefilado que traslada el empuje y la rotación desde la unidad de rotación de la sonda hasta el tubo sacatestigos (barril). Barril: Herramienta de tubo doble, interior y exterior, donde se almacena el testigo de perforación. Bomba de inyección: Equipo cuya función es bombear fluido al pozo durante la perforación. Cabeza inyectora: Elemento por donde se inyecta el fluido de perforación. Consola: Tablero que contiene todos los instrumentos y comandos encargados del control y operación de la sonda (rotación, avance, extracción y movimiento de herramientas).
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Corona diamantada: Bit o herramienta usada para perforar y mediante la cual se recuperan los testigos. Culatín: Cabeza del tubo interior donde se engancha el pescante para su extracción. Escariador: Herramienta que va instalada después de la corona, sirve para mantener el diámetro del pozo, evitar el desgaste prematuro de la corona y estabilizar la columna de barras. Fluido de perforación: Mezcla de agua y aditivos que se usa como fluido de perforación; cuyo fin es remover y sacar el sedimento del pozo, enfriar y lubricar la corona diamantada y para proteger la pared del pozo, evitando que se derrumbe.
Mordaza: Piezas que van instaladas en la prensa o el cabezal, encargadas de apretar y sostener la columna durante la perforación, acople o desacople de barras. Pescante: Herramienta que se usa para rescatar el tubo interior en donde viene almacenado el testigo. Tubo sacatestigo wireline: Es un tubo que extrae el testigo, sin levantar las barras. Tubo sacatestigo convencional: Es aquel que para recuperar el testigo, requiere de la extracción de toda la sarta. Testigo: Muestra de forma cilíndrica, que se obtiene de las perforaciones con coronas diamantadas. Telegrama: Tubo ranurado de 0,5 m de largo aproximado, que tiene por función, desenganchar el pescante del tubo interior, cuando éste queda pegado. Columna de perforación, cuelga, sarta: Es una columna compuesta por la corona, el barril y las barras de perforación.
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Revestimiento: Tubería que sirve para proteger el pozo en caso de derrumbes por sobrecarga, evitar pérdidas de agua y reducir el diámetro del pozo cuando se desea continuar el sondaje con un diámetro de barra inferior.
Lodo : Líquido muy denso que se hace circular al interior de un pozo para evitar hundimientos y lubricar las herramientas(coronas, triconos, martillos, etc.) Solvatación : De solvente. Fenómeno en virtud del cual las moléculas de un cuerpo disuelto pueden combinarse con las del solvente para formar hidratos u otros compuestos. Acidez : Calidad del ácido. Exceso de iones de hidrógeno (H+) en una solución acuosa. Cantidad de ácido libre en los aceites, resinas, etc. Soda : Sosa. Oxido de sodio (Na), base muy cáustica. Coloide : Gelatina. Cuerpo que, disgregado en un líquido, aparece como disuelto por la extremada pequeñez de sus partículas, pero que, a diferencia del cristaloide, no se difunde con su disolvente si tiene que atravesar ciertas láminas porosas. Poise : Unidad de viscosidad dinámica, décima parte de un poiseville. Viscosidad : Resistencia que ofrece un fluido al movimiento relativo de sus moléculas.
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Tixotropía : Del griego thicis = tacto + tropos = vuelta. Propiedad del gel que, al ser agitado, pasa al estado líquido, volviendo por si mismo al estado coloidal, cuando se deja en reposo. Densidad : Calidad de denso. Relación entre la masa y el volumen de una sustancia o entre la masa de una sustancia y de un volumen igual de otra sustancia tomada como patrón. Denso : Que contiene mucha materia en poco espacio. Compacto. Isoeléctrico : Cuerpo eléctricamente neutro, que posee el mismo número de cargas (+) que (-). Floculación : Coagulación de un precipitado fínamente dividido, para formar partículas de mayor tamaño. Tanino : Sustancia ácida, muy astringente, que se extrae de algunos vegetales. Polimerizar : Convertir una sustancia en otra de la misma composición, pero de un peso molecular doble o triple. Peptización : Gran peligro de hinchamiento ácido por adición muy rápida o sobredósis.
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