SONDEOS, PETRÓLEO Y GAS TEMA 4
TEMA 4
LA PERFORACIÓN A ROTOPERCUSIÓN
4.1 – PRINCIPIOS DE PERCUSIÓN
PRINCIPIO BÁSICO:
El principio de perforación se basa en el impacto de una pieza de acero (pistón) que golpea a un útil,
que a su vez transmite la energía al fondo del barreno por medio de un elemento final (boca).
Este sistema se aplica en formaciones duras, donde los sistemas de rotación no serían económicos,
con el fin de realizar un sondeo o barreno.
PROCEDIMIENTOS MANUALES:
Barrena y maza:
Se hacen a mano, golpeando sobre una barrena a la vez que se gira después de cada golpe.
De vez en cuando hay que parar para sacar el detritus con una cucharilla.
Procedimiento Norton:
Se emplea para buscar agua en terrenos poco coherentes sin trozos de roca grandes, pudiendo al-
canzar una profundidad de unos 30 metros.
El equipo de perforación consta de una zapata en forma cónica a la cual se rosca un tubo de acero
de unos 6 mm. Este tubo está perforado lateralmente al objeto de dejar que entre en su interior el
agua del terreno.
Fórmulas de cálculo:
La energía de impacto (Ei) es igual al trabajo que realiza el pistón:
Pm: Presión efectiva media del fluido.
Ei = Pm · A · L A: Área de trabajo.
L: Carrera del pistón.
La energía cinética (Ec) del pistón al final de la carrera es:
M: Masa del pistón.
√2 · Pm · A · L
Ec = ½ · M · V 2 V: Velocidad final. V=L·N=
√M
N: Frecuencia de impacto.
La relación entre la energía cinética y de impacto es la siguiente: E c = K · Ei → K<1
La potencia de impacto (W) es:
Pm 2/3 · A3/2 · L1/2
W = E · N = Pm · A · L · N = Pm → W =
M1/2
, SONDEOS, PETRÓLEO Y GAS TEMA 4
MARTILLOS DE PERCUSIÓN:
Martillos neumáticos:
Tienen un pistón de acero y una barrena que termina en un corte.
La energía procedente del pistón se transmite al mango de la barrena, llegando a través de su cor-
te al terreno, bajo la forma de percusiones.
El movimiento del pistón se consigue mediante la inyección de aire comprimido que, a su vez, tie-
ne la misión de retornarle a su punto de partida y dejarle en condiciones de efectuar un nuevo re-
corrido útil.
Martillos hidráulicos:
Los componentes esenciales de una perforadora hidráulica son similares a los de una neumática,
radicando la diferencia fundamental en el fluido de accionamiento, que en este casi es aceite pre-
surizado, cuyo flujo permite desarrollar las funciones rotopercutivas.
4.2 – PERFORACIÓN NEUMÁTICA
TIPOS DE MARTILLOS:
Martillo en cabeza:
En estas perforadoras dos de las acciones básicas, rotación y percusión, se producen fuera del ba-
rreno, transmitiéndose a través de una espiga y del varillaje hasta la boca de perforación.
Los martillos pueden ser de accionamiento neumático o hidráulico.
Martillo en fondo:
La percusión de realiza directamente sobre la boca de perforación, mientras que la rotación se
efectúa en el exterior del barreno.
El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente mientras que la rotación puede ser
neumática o hidráulica.
PRINCIPIOS DE OPERACIÓN:
La penetración de la roca se consigue mediante el ataque mecánico realizado por los componentes
del sistema de perforación, siendo estos elementos:
- Perforadora:
Transforma la energía de accionamiento en energía de tipo mecánico, percusión y rotación,
que se transmite a través de la sarta de perforación.
- Sarta de perforación:
Actúa como elemento de transmisión de la energía entre la perforadora y la herramienta de
ataque a la roca.
- Boca:
Realiza la aplicación de la energía mecánica para romper la roca y realizar su penetración.
- Fluido de perforación:
Permite extraer los fragmentos de roca, refrigerar la boca, controlar el polvo, estabilizar las
paredes, etc.
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LA PERFORACIÓN A ROTOPERCUSIÓN
4.1 – PRINCIPIOS DE PERCUSIÓN
PRINCIPIO BÁSICO:
El principio de perforación se basa en el impacto de una pieza de acero (pistón) que golpea a un útil,
que a su vez transmite la energía al fondo del barreno por medio de un elemento final (boca).
Este sistema se aplica en formaciones duras, donde los sistemas de rotación no serían económicos,
con el fin de realizar un sondeo o barreno.
PROCEDIMIENTOS MANUALES:
Barrena y maza:
Se hacen a mano, golpeando sobre una barrena a la vez que se gira después de cada golpe.
De vez en cuando hay que parar para sacar el detritus con una cucharilla.
Procedimiento Norton:
Se emplea para buscar agua en terrenos poco coherentes sin trozos de roca grandes, pudiendo al-
canzar una profundidad de unos 30 metros.
El equipo de perforación consta de una zapata en forma cónica a la cual se rosca un tubo de acero
de unos 6 mm. Este tubo está perforado lateralmente al objeto de dejar que entre en su interior el
agua del terreno.
Fórmulas de cálculo:
La energía de impacto (Ei) es igual al trabajo que realiza el pistón:
Pm: Presión efectiva media del fluido.
Ei = Pm · A · L A: Área de trabajo.
L: Carrera del pistón.
La energía cinética (Ec) del pistón al final de la carrera es:
M: Masa del pistón.
√2 · Pm · A · L
Ec = ½ · M · V 2 V: Velocidad final. V=L·N=
√M
N: Frecuencia de impacto.
La relación entre la energía cinética y de impacto es la siguiente: E c = K · Ei → K<1
La potencia de impacto (W) es:
Pm 2/3 · A3/2 · L1/2
W = E · N = Pm · A · L · N = Pm → W =
M1/2
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MARTILLOS DE PERCUSIÓN:
Martillos neumáticos:
Tienen un pistón de acero y una barrena que termina en un corte.
La energía procedente del pistón se transmite al mango de la barrena, llegando a través de su cor-
te al terreno, bajo la forma de percusiones.
El movimiento del pistón se consigue mediante la inyección de aire comprimido que, a su vez, tie-
ne la misión de retornarle a su punto de partida y dejarle en condiciones de efectuar un nuevo re-
corrido útil.
Martillos hidráulicos:
Los componentes esenciales de una perforadora hidráulica son similares a los de una neumática,
radicando la diferencia fundamental en el fluido de accionamiento, que en este casi es aceite pre-
surizado, cuyo flujo permite desarrollar las funciones rotopercutivas.
4.2 – PERFORACIÓN NEUMÁTICA
TIPOS DE MARTILLOS:
Martillo en cabeza:
En estas perforadoras dos de las acciones básicas, rotación y percusión, se producen fuera del ba-
rreno, transmitiéndose a través de una espiga y del varillaje hasta la boca de perforación.
Los martillos pueden ser de accionamiento neumático o hidráulico.
Martillo en fondo:
La percusión de realiza directamente sobre la boca de perforación, mientras que la rotación se
efectúa en el exterior del barreno.
El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente mientras que la rotación puede ser
neumática o hidráulica.
PRINCIPIOS DE OPERACIÓN:
La penetración de la roca se consigue mediante el ataque mecánico realizado por los componentes
del sistema de perforación, siendo estos elementos:
- Perforadora:
Transforma la energía de accionamiento en energía de tipo mecánico, percusión y rotación,
que se transmite a través de la sarta de perforación.
- Sarta de perforación:
Actúa como elemento de transmisión de la energía entre la perforadora y la herramienta de
ataque a la roca.
- Boca:
Realiza la aplicación de la energía mecánica para romper la roca y realizar su penetración.
- Fluido de perforación:
Permite extraer los fragmentos de roca, refrigerar la boca, controlar el polvo, estabilizar las
paredes, etc.
