2.- Métodos de perforación con sistema por rotación.pdf

ELEMENTO QUE INTERVIENEN EN LA PERFORACIÓN POR ROTACIÓN DE UN POZO

1. Métodos de
perforación con
sistema por
rotación

2. Estesistemaeraconocidodesdeeltiempodelosegipciosquelo
aplicabanenlaperforaciónderocasdurasyparahacerlosagujeros
depocaprofundidadenlasrocasdelaspirámides.
Comopartedelaindustriapetrolera,sehanfabricadomaquinas
rotatoriasdemayorcapacidadyeficiencialascualessehan
adaptadoalaconstruccióndepozosyhanalcanzado
profundidadesde2000mcondiámetroshastade76.2cm.Es
actualmenteelmásutilizado,desplazandoalsistemadepercusión.

3. LosELEMENTOS QUEINTERVIENENENLA
PERFORACIÓNPORROTACIÓNDEUNPOZOson:
Columnaosartadeperforación.
Lamáquinaperforadoraque,desdelasuperficiedel
terreno,proporcionaalasartaelmovimientodegiroy
avancequesetransmitealútildecorte.
Elfluidodeperforación,queengeneralesunlodo
formadoporbentonitasalasquesehanañadidociertos
aditivosparaadecuarsuscaracterísticasalasnecesidad
deperforacióndepozos.

4. MÉTODOS DE
PERFORACIÓN CON
SISTEMA POR
ROTACIÓN.
Perforación con barrenos manuales.
Perforación barrena-taladro sólida.
Perforaciónbarrena-taladrohueca.
Perforación con rotación y aire.
Perforación rotatoria con ademe a
percusión.
Perforación rotatoria con circulación
directa.
Perforación con doble tubería y circulación
inversa.

5. Barrenos manuales
Se emplea para barrenar pozos de
diámetro pequeño y de monitoreo
someros (-de 5mts) . Se componen
de un vástago con un mango en el
extremo y una punta en hojas curvas
en la parte inferior. La perforación se
inicia empujando las hojas para
hincarlas en el suelo con un
movimiento de rotación hasta que la
punta se llena de material , se saca,
se vacía y vuelve a usarse. En
formaciones de arcilla, arena y limo
sin hundimientos puede alcanzar
hasta 15 m. De profundidad.

6. Cuando el
barrenado cruza
rocas grandes o
guijarros, en lugar
de la barrena
normal, se
emplea una
barrena en
espiral.

7. APLICACIONES
*Sepuedeempleareninvestigacionesdesuelossomeros.*
Para muestreo de suelo.
*Identificacióndezonasconcomportamientodiferentedel
agua.
*Instalacióndepiezómetros,lisímetrosypozosde
monitoreo.
*Nopresentarestricciónrespectoalmaterialdeademea
usarse.

8. Limitaciones
* Solo se usa para profundidades someras.
* Incapaz de perforar suelos densos o muy
duros.
* La estabilidad de las paredes del pozo
dificultan su mantenimiento.
* Requieren de una labor manual intensiva.

9. Perforación con
barrena-taladro
sólida.
La parte inferior está
equipada con una cabeza
cortante de
aproximadamente 5cm de
largo y con un diámetro
similar al de las secciones
superiores, en su avance,
los fragmentos sueltos del
terreno son transportados
hacia arriba por el
movimiento de rotación de
las ondulaciones laterales
que giran en sentido
contrario a las manecillas
del reloj.

10. El impulso es proporcionado
por un empuje hidráulico o por
algún otro dispositivo. Puede
alcanzar profundidades de 21
m. con diámetros de 35 cm. Y
aproximadamente 45 m. con
diámetros de 15 cm.

11. APLICACIONES
* Investigaciones someras de suelos.
* Muestreo de suelos.
* Instalación de pozos de monitoreo en la
zona vadosa.
* Instalación de pozos de monitoreo en la
zona saturada en suelos estables.
* Identificación de la profundidad del lecho
rocoso.
*Es un método rápido y dinámico

12. Limitaciones
* Muestreo de suelos de suelos inaceptable, a menos
que se emplee cuchara o tubos de muestreo.
* Los datos proporcionados por una muestra de suelo se
encuentran restringidos a áreas y profundidades en
donde el suelo sea predominantemente estable.
* Imposible de aplicar en la instalación de pozos de
monitoreo en la mayoría de los acuíferos en formaciones
no consolidadas, debido a que este procedimiento puede
provocar la creación de cavernas en las paredes del pozo
y por tanto, inestabilidad de las mismas.
* La capacidad de profundizar disminuye conforme se
incrementa el diámetro de perforación.
*El diámetro de los pozos esta limitado por el diámetro
de las ondulaciones laterales de la barrena.

13. Perforación con
barrena-taladro hueca.
Este método funciona igual
que el anterior a diferencia
que este presenta un centro
hueco, la cual actúa como
ademe y estabiliza al mismo
tiempo el pozo, a través del
centro se pueden introducir
sartas de perforación de
diámetros pequeños y
equipos muestreadores. El
interior puede limpiarse
desde afuera del pozo.

14. Es posible penetrar hasta la zona saturada, por
lo que la muestra de material fino y agua puede
formar un lodo que cubre las paredes del pozo,
esta mezcla sella las zonas productoras de agua
y minimiza su introducción en el pozo, este sello
es incontrolable ya que depende de 3 aspectos:
* El tipo de material (limos y arcillas que sirven
de sello).
* La diferencia de presiones entre las zonas.
* La transmisividad de las zonas.
Cuando se atraviesa por una zona contaminada
este lodo impide detectarla y/o prevenirla, otra
forma de contaminación son las uniones de las
barrenas lo que se minimiza colocando sellos de
goma.

15. Los diámetros mayores que
se alcanzan con este método
son de 16 cm de diámetro
exterior y 8 de interior. Las
profundidades oscilan entre
45 y 55 m en suelos arenosos,
arcillosos y limosos y si se
alcanzan mayores
profundidades el muestreo es
casi imposible.
Existen equipos con diámetro
exterior de 30 cm e interior
de 15 pero no rebasa los 23
m de profundidad.

16. * Puede emplearse en todo tipo de suelos.
* Permite un buen muestreo suelos empleando
de suelos empleando cuchara o muestreador de
pared delgada.
* Muestreo de la calidad de agua.
* Para la instalación de pozos de monitoreo en
todas las formaciones no consolidadas.
* Puede servir como ademe temporal para el
muestreo de rocas.
*Se puede emplear como ademe en
formaciones relativamente estables.

17. * Dificultad para la preservación y obtención íntegra
de muestras en formaciones densas.
* El agua o fluido de perforación empleado para
controlar la densidad, puede invadir y alterar las
formaciones atravesadas.
*No es posible controlar la contaminación a través
del espacio anular.
* La dimensión de ademe se limita al tamaño del
diámetro interior del equipo de perforación.
* La arcilla aglomerada en la tubería puede sellar el
acuífero que se desea probar.

18. Perforación con rotación y aire.
Este sistema sustituye el lodo como fluido de perforación
por aire comprimido que arrastra y transporta los
residuos de la perforación. Consta de un compresor de
aire que se inyecta a presión a través del varillajehasta la
herramienta de corte. además cuenta con una bomba de
lodos lo que permite sustituir o alternar en función del
tipo de terreno que se va a perforar Al principio de su
aplicación se consiguió duplicar e incluso triplicar la
velocidad de avance de los sistemas convencionales de
lodos y alargar la vida de las herramientas de corte,
resultando especialmente útil para trabajar en zonas
áridas o semiáridas con dificultad de abastecimiento de
agua para elaborar los lodos.

20. APLICACIONES
* Perforación rápida en materiales no consolidados
tales como arena, arcillas y limos.
* Aplicable en la perforación de material aluvial,
incluyendo formaciones guijarrosas.
* El ademe además de soportar las paredes del
pozo, impide la contaminación por acuíferos
someros de mala calidad.
* Mediante este método los problemas por pérdida
de circulación de los fluidos de perforación quedan
eliminados.
* Se tiene un buen muestreo de las formaciones
perforadas.
* El daño provocado en las formaciones por el
descenso del ademe es mínimo.

21. LIMITACIONES
* Las pequeñas manifestaciones de agua
subterraneaque comúnmente tienen espesores
delgados y presiones bajas son inhibidas por el
empleo de del aire a alta presión, por ello es
común que no sean identificadas y su volumen
no pueda ser aprovechado, lo cual en muchas
ocasiones representa una perdida apreciable.
* Las muestras obtenidas de las formaciones de
subsuelo se encuentran por lo común
pulverizadas, lo cual limita la interpretación.
* El empleo de aire a altas presiones puede
modificar las condiciones biológicas y químicas
del terreno.

22. Perforación rotatoria con circulación directa.
EN ESTE SISTEMA EL FLUÍDO
DE PERFORACIÓN ES UN
LODO COMPUESTO POR
BENTONITA Y AGUA, EL
CUAL SE PREPARA EN LA
SUPERFICIE Y ES
BOMBEADO POR EL
INTERIOR DE LA TUBERÍA
HASTA LLEGAR A LA BROCA
TRICÓNICA. AL LLEGAR A
ESTA, RETORNA A LA
SUPERFICIE ARRASTRANDO
MATERIAL TRITURADO O
CORTADO. ESTE MÉTODO ES
SIMILAR AL QUE UTILIZA LA
INDUSTRIA PETROLERA.

24. Perforación rotatoria con circulación indirecta.
SISTEMA EN EL QUE EL
FLUÍDO DE PERFORACIÓN ES
AGUA, LA CUAL ENTRA AL
POZO POR GRAVEDAD
HASTA LA BROCA DE ALETA
Y SUBE CON EL MATERIAL
POR DENTRO DE LA
TUBERÍA EN SENTIDO
INVERSO AL OTRO SISTEMA;
DE ALLÍ SU NOMBRE.
CUANDO EL TERRENO LO
PERMITE SE CONVIERTE EN
EL MEJOR MÉTODO PARA
NO AFECTAR LA
PERMEABILIDAD
ALREDEDOR DEL POZO POR
NO UTILIZAR LODO.

25. APLICACIONES
* Perforación rápida en formaciones consolidadas
y no consolidadas.
* Buena calidad y confiabilidad en la obtención
de muestras, particularmente si se añaden
pequeñas cantidades de agua y surfactante.
* Permite la facily rapidaidentificación de los
cambio litológicos.
* Permite la facilidentificación de las zonas que
contienen mayor cantidad de agua.
* Permite la estimación sobre la producción de
agua en un intervalo de tiempo corto.

26. LIMITACIONES
* Requiere de la utilización de ademe en la
parte superior del pozo. Su empleo se restringe
a formaciones consolidadas y semiconsolidadas.
* Las muestras que se obtienen por este
método, son cortes de dimensiones reducidas
que dificultan su interpretación.
* El empleo de aire a alta presión puede inhibir
la manifestación de pequeñas zonas
productoras de agua, así como provocar la
penetración de fragmentos de roca en zonas
porosas, provocando contaminación,
modificando además las condiciones químicas o
biológicas.

27. Perforación Rotatoria
con ademe a
percusión
Es una adaptación del
método por rotación y aire
comprimido, con la técnica
adicional de introducir en el
terreno un ademe en un
movimiento coordinado con
la perforación. El
mecanismo que introduce el
ademe se encuentra
instalado en una torre o
mastil. Se emplean dos tipos
de barrenas: de arrastre y
de rodetes dentados.

28. APLICACIONES
* Perforación rápida en arcillas y limos
compactados así como en arenas y gravas.
* Permite el muestreo de núcleos de roca
consolidada mediante el empleo del dispositivo
adecuado.
* Permite el muestreo de materiales no
consolidados empleando cucharas y mustreadores
de pared delgada.
* El equipo de perforación está ampliamente
disponible en el mercado nacional.
* Existen una gran variedad de herramientas que
permiten perforar a varios diametrosy
profundidades.

29. APLICACIONES
* Se pueden implementar desde los más
simples programas de perforación y de fluidos
de perforación, hasta los más sofisticados.
* El empleo de fluidos de perforación, permite
la creación de la costra filtrante en las paredes
del pozo, misma que es necesaria para los
sondeos y registros geofísicos.
* No es necesario introducir ademe para
sostener las paredes del pozo, dado que estas
son sostenidas por la presión del fluido de
perforación.

30. LIMITACIONES
* Dificultad para remover los fluidos de
perforación y la costra filtrante durante el
desarrollo del pozo, cuando se excede el
perímetro de influencia.
* Los fluidos de perforación y sus aditivos
influyen en la calidad del agua subterranea .
* Las muestras que se obtienen son cortes de
dimensiones pequeñas que no permiten una
buena interpretación de las formaciones que se
han explorado.

31. LIMITACIONES
* Los costos de muestreo por un método
adicional se incrementan notablemente,
sobretodo a partir de prof.Mayores a 45 m. es
difícil identificar a los horizontes acuíferos .la
invasión de fluidos de perforación,
principalmente en las zonas permeables,
pueden estar contaminadas y provocar
interpretaciones erróneas, asicomo reducir su
permeabilidad , de manera irreversible.
* La transportación del equipo requiere en
algunos casos de vehículos y grúas especiales, lo
cual complica su empleo en terrenos de difícil
acceso o de topografías accidentadas.

32. Perforación con doble tubería y circulación
inversa
E
n este sistema la circulación del fluido de inicia al
ser bombeado al interior del pozo a través del
espacio abierto localizado, entre la tubería exterior,
que actúa como ademe, regresando a la superficie
del terreno por dentro de esta última, el fluido
puede ser agua o aire. La tubería interior gira junto
con la barrena, la exterior cumple las funciones de
estabilizar las paredes del pozo, Minimiza la
contaminación de los cortes al pasar al pasar por las
zonas perforadas, Evita la contaminación entre
acuíferos perforados en niveles someros, si es que
existen.

34. APLICACIONES
* Permite la rápida perforación de
formaciones consolidadas y no consolidas.
*
Permite el muestreo continuo en todo tipo de
formaciones.
* Muestras representativas con una mínima
probabilidad de contaminación. Lo mismo sucede
con el muestreo de agua.
En formaciones estables, los pozos perforados con
diámetros de hasta 6” pueden ser instalados a pozo
abierto.

35. LIMITACIONES
* El diámetro de perforación es reducido.
* En formaciones inestables el diámetro de
perforación máximo es de 4” .
*El empleo de aire como fluido de perforación
puede modificar las condiciones tanto
biológicas como químicas de las formaciones
atravesadas, siendo de difícil recuperación.

36. TDH vs DTH

38. SISTEMAS DE PERFORACION A ROTACION
Bajoestadenominaciónseagrupantodasaquellasformasdeperforación
enlasquelafragmentacióndelarocaseproducebásicamentepor
compresión,corteoporlaaccióncombinadadeambos

39. Dependiendodeltipodeútilqueseemplee,existen
dosvariantesdistintasdeperforaciónrotativa:
perforaciónrotativaporcorte(contrialeta,bocade
tenedor,etc.)yperforaciónrotativacontricono.
Existeademásunaterceravariante,queesla
perforaciónconcoronadediamantequesueleañadir
laabrasiónalasaccionesdecompresiónycizalladura
antesmencionadas.Estesistemaeselque
generalmenteseempleaparalossondeoscon
extraccióndetestigo

40. PERFORACIÓN POR CORTE
Incluyetodaslasformasde
perforación rotativa
mediante útiles,cuya
estructuradecorteestá
formadaporelementosde
carburo de tungsteno
convenientementedispuestos
enlaherramientade
perforaciónyenlacual
ocupanunasposicionesfijas

41. lasvelocidadesdeperforaciónobtenidasconestesistema,
enlascontadasaplicacionesenqueesviable,sonmuy
superioresalasqueseobtendríanconunsistemaa
percusión.
Laprincipallimitacióndeestetipodeperforaciónradica
enelfuerteincrementoqueexperimentantantoelpar
degirocomoeldesgastedelútilamedidaqueaumenta
eldiámetrodeperforaciónoladurezadelaroca.Este
sistemasirveportantopararocasblandasquepuedan
perforarseconempujesinferioresalas2500libraspor
pulgadadediámetro(500N/mmaproximadamente)y
cuyocontenidoensílicenosupereel8%.

42. Corona
Tricono

44. MINERÍADEINTERIOR:JUMBOSDE
PERFORACIÓN
Losjumbosdeperforaciónsonsistemasdeexplotación
cíclicosqueseempleantantoenmineríasubterránea,
voladurasdeavanceentúnelesprincipalmente,comoen
trabajosensuperficiecomolaaperturadebocademinao
tareasdesaneamientodelfrente

45. DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS
Secomponendeunconjuntodebrazosarticuladosde
accionamientohidráulicoenloscualessemontanmartillosde
cabeza(perforaciónhidráulica).

46. APLICACIONES
sonherramientasmultidisciplinaresperosuprincipal
aplicaciónesenelavancedetúneles.EnlaFigura12se
haceunanálisisdelossistemasdeperforaciónutilizados
segúneldiámetroylaseccióndeltúnel,pasandodelas
máquinasdeperforaciónrotativasmanualesensecciones
pequeñas,enseccionesintermediassesuelenutilizar
máquinasdeperforacióndebarrenoslargos