Factores Clave en la Perforación de Rocas: Empuje, Rotación y Evacuación de Detritus

Empuje sobre la Boca

El empuje aplicado sobre la boca debe ser suficiente para sobrepasar la resistencia a la compresión de la roca, pero no debe ser excesivo para evitar fallos prematuros o anormales del tricono. La velocidad de penetración aumenta proporcionalmente con el empuje, hasta que se llega a un agarrotamiento del tricono contra la roca por el efecto del enterramiento de los dientes o insertos, o hasta que, por la alta velocidad de penetración y el gran volumen del detritus que se produce, no se limpia adecuadamente el barreno.

• Empuje mínimo: Valor necesario para iniciar la perforación.
• Empuje máximo: Valor por encima del cual se produce el enterramiento del tricono.
• Empuje límite: Valor que determina el límite de operación segura.

Potencia de Rotación

Es igual al producto del par necesario para hacer girar el tricono por la velocidad de rotación. El par de rotación aumenta con el empuje sobre el tricono y la profundidad del barreno. Normalmente, las perforadoras se diseñan con una capacidad de par comprendida entre 10 y 20 libras/pie por libra de empuje. Cuando no se conoce el par necesario, la potencia de rotación se calcula con la fórmula correspondiente.

Estimación de la Velocidad de Penetración

La velocidad de penetración es un parámetro crucial en la eficiencia de la perforación.

Métodos de Evacuación del Detritus según el Tipo de Perforación

Método de Percusión

El material molido, producto de la trituración de la roca, es evacuado desde el fondo del pozo con un sistema de cuchara especial. Previo a esto, se debe retirar la sarta de perforación.

Método Rotopercutivo

1. Aire convencional: El aire es inyectado por el centro de la barra desde la superficie hasta el fondo del pozo. Luego de refrigerar la cabeza de perforación, este aire levanta el detritus desde el fondo del pozo hacia la superficie a través del espacio anular que está formado por la barra y la pared del pozo.
2. Aire reverso: Similar al anterior. El aire comprimido se inyecta por el espacio que existe entre la barra interior y exterior de la sarta de perforación.
3. Barros: La condición para efectuar este tipo de extracción del detritus es que la perforación debe efectuarse desde la horizontal hacia arriba. En este caso, el detritus se evacúa con la inyección de agua y aire.

Método Rotativo

• Diamantina: (Es la extracción más fina de todas). Inyección de fluidos a través de bombas, las que transportan este fluido por el interior de la barra hacia el fondo del pozo, evacuando el material molido. Se ocupa como fluido agua o aditivos químicos.
• Raise boring: El material es extraído por gravedad.
• Tuneladoras: Operación de gran envergadura. El material se retira mediante correas transportadoras.
• Pozos petroleros: Similar al aire reverso, pero en muchos casos se deben incorporar aditivos especiales y/o minerales de un mayor peso específico (baritina), lo que permite la evacuación del detritus por diferencia de densidades.