Manual Básico de Perforación_G.O.D

8/13/2019 Manual Bsico de Perforacin_G.O.D.

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Global Over Drilling

Un Especialista en Tcnicas de Perforacin

MANUAL BSICO DE PERFORACIN


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PRLOGO

La perforacin es la primera y una de las fases ms importantes en la cadenaproductiva de una mina a cielo abierto as como tambin en la minera subterrnea.

Obtener informacin tcnica confiable que nos indique la manera correcta de realizaruna perforacin de excelencia ha sido un problema por dcadas cada pozo realizadoen diferentes minas es perforado usando parmetros totalmente diferentes debidonicamente a la carencia de informacin tcnica que nos muestre los parmetrosoperacionales ptimos, que debemos de aplicar a los diferentes formaciones litolgicasde la mina.

GLOBAL OVER DRILLING es una compaa dedicada exclusivamente a desarrollarlas tcnicas eficientes de perforacin. El equipo G.O.D. tiene mas de 20 aostrabajando en la industria de la perforacin, tanto en la realizacin de pozos petrolerosas como tambin en la industria minera (open pit) cielo abierto y subterrnea.

GLOBAL OVER DRILLING es la primera compaa en Latinoamrica especializada encapacitar a operadores, tcnicos e ingenieros de perforacin. Usando las tcnicaseficientes y parmetros operacionales correctos para realizar una operacin deperforacin de excelencia.

Este manual fue preparado y editado por uno de los integrantes de G.O.D. con la nica

finalidad de compartir informacin tcnica operacional relacionada nicamente con laperforacin de pozos.Las recomendaciones, especificaciones tcnicas y terminologa de perforacin aquexpresada es de uso operativo con un lenguaje simple de tal forma que puede serusado como un libro de consultas y repuestas rpidas y confiables con trminostcnicos.

Si alguna de sus preguntas tcnicas no es respondida en este manual puede

llamarnos a nuestras oficinas de Global Over Drillingo visitar nuestra pagina en

www.drillingod.com, una persona responder inmediatamente su solicitud.

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1.TerminologaNombre Ingls Espaol

PSI Pound Squere Inches Libras por pulgada cuadradaPSIG Pound Squere Inches

GaugeLibras por pulgada cuadrada

CFM Cubic Feet Meters Pies cbicos por minutoPPM Feet per Minutes Pies por minutoPull - Down Pull Down Peso o fuerza aplicadaGPM Gallon per Minute Galn por minutoAPI American Petroleum

InstituteHilo Fino ( 4 roscas por pulgada)

Beco Bucyrus Erie Company Hilo Grueso ( 2 roscas por pulgada)

DTH Dow The Hole Martillo de fondo

Fabricante de Brocas ms comunes:

Atlas Copco ex Baker Hughes Sandvik ex Smith Varel International Usa WLS Ruccian

Shereate Chinese Rotacan Canada

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2.LITOLOGIA

El propsito de este prlogo es dar una breve resea de las diferentes propiedadesde las rocas que pueden encontrarse durante las operaciones de perforacin.

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3. RESISTENCIA A LA COMPRESIN

La resistencia a la compresin es una medicin que indica la presin que se le puedeaplicar a una muestra de roca antes de que se rompa. Generalmente se utiliza como unparmetro de la perforabilidad de la roca.

Propiedades de la Roca

Resistencia a la compresin resistencia a la compresin uniaxial- para conocer

en esfuerzo a la rotura en condiciones estticas. Mdulo de Young para conocer la elasticidad de la roca. Poisson cmo la roca se deforma bajo cierta presin.

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DUREZA

Se entiende por dureza a la resistencia de una capa superficial a la penetracinen ella de otro cuerpo ms duro.

En una roca es funcin de la dureza y composicin de los granos mineralesconstituyentes, de la porosidad de la roca, del grado de humedad, etc.

La dureza de la roca es el principal tipo de resistencia a superar durante laperforacin.

Las principales propiedades fsicas de las rocas que influyen en losmecanismos de penetracin son:

Dureza Resistencia Elasticidad Plasticidad Abrasividad

DUREZA Y TAMAO DE GRANO (ABRASIVIDAD)

Una estructura rocosa de grano grueso es ms fcil de perforar y produce un menordesgaste a la broca de perforacin que una estructura de grano fino. Por lo tanto,estructuras rocosas con contenidos minerales similares pueden tener distintos ndicesde clasificacin. Por ejemplo, la cuarcita puede tener un grano fino de 0,5 a 1,0 mm(0,02 a 0,04) o un grano denso con un tamao de 0,05mm (0,02).El granito puede tener grano grueso hasta 5mm (0,2), grano medio de 1 a 5 mm (0,4 a0,2) o grano fino hasta 1mm (0,01).

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El trmino roca generalmente se refiere a todo el material queforma la parte esencialde la corteza slida de la Tierra e incluye aquellas masas sueltas, no consolidadasjunto con las masas firmes, duras y slidas. La corteza est compuesta por diferentestipos de rocas, cada una de ellas formada por uno o varios compuestos qumicos oelementos minerales tales como el cuarzo, calcita, feldespato, hornablenda, mica yclorita. Estos minerales pueden clasificarse segn su mtodo de origen, como rocasgneas, sedimentarias o metamrficas.

ROCAS IGNEAS:Las rocas gneasestn formadas por magmasvolcnicasque han sido emplazadas, ya sea en laprofundidad de la corteza terrestre o en

la superficie por medio de erupcionessuperficiales, intrusiones o porfluidizacin.

La profundidad del emplazamientodetermina la velocidad de enfriamientoy por ende el tamao del grano

La lenta velocidad de enfriamientode la magma intrusiva ubicada en laprofundidad forma cristales grandes

bien desarrollados con texturas granulares gruesas, tal como el granito.Los magmas que fluyeron sobre la superficie a travs de grietas y fisuras se

enfriaron rpidamente y formaron rocas con superficies de grano fino tal como el

basalto y las diabasas.

ROCAS SEDIMENTARIAS: Las rocas sedimentarias se formaron por laacumulacin y sucesiva estratificacin de materiales de roca desgastados por laintemperie y depositados por el agua o el viento.

Las formaciones sedimentarias pueden formarse tambin por la acumulacin decaracoles u otros materiales orgnicos o compuestos por materiales precipitados porreacciones qumicas. A medida que se acumulan sucesivas capas de sedimentos,las capas enterradas pierden agua, se compactan y los granos de mineral secementan.

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Los ejemplos de rocas sedimentarias incluyen: areniscas, arcilla, esquistos y caliza.

ROCAS METAMORFICAS: Las rocas metafricas se formaron a partir deformaciones existentes rocosas gneas o Sedimentarias que fueron expuestas afuerzas fsicas o qumicas donde se desarrollaron nuevos minerales y texturas quemodificaron la estructura y composicin de la roca.

Ejemplos de roca metafricas: leptita, gneiss, anfibolita, cuarcita y mrmol.

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4.Perforabilidad La perforabilidadde la roca puede definirse como la capacidad de la broca de

perforacin de perforar un determinado tipo de material rocoso. Cada uno de lomuchos tipos de rocas gneas, sedimentarias y metamrficas tiene sus propiascaractersticas de perforacin en cuanto a tenacidad y abrasin producidas porsu composicin mineral y tamao de grano, lo que da a la roca un ndice deperforacin de clasificacin general.El primer paso para mejorar la eficiencia del equipo de perforacin es entenderlos conceptos de confiabilidad y productividad.

La confiabilidad es definida como la capacidad de una perforadora desoportar la operacin da a da con un mnimo o incluso ninguna parada o

interrupcin no programada de mantencin o sea una menor cantidad demantenciones correctivas, implicando una mayor disponibilidad operacional.

La productividades definida como un aumento de la capacidad de produccinde la perforadora prevista para cuando la operacin lo requiera.

Mejorando la confiabilidad, la productividad y los costos asociados aumentasustancialmente el xito de la operacin global, para aumentar la confiabilidad,es imperativo prever con cierta precisin, eminentes fallas de los componentesmecnicos y elctricos, adems sustituir y planear con una minima deinterrupciones operacionales.

La mantencin preventiva asume un importante papel en la confiabilidad de laflota de perforadoras.

Modernas perforadoras incorporaron en las cabinas un aparato llamadointerfase de diagnostico, estos interfaces monitorean los componentes, as sepuede predecir con mas exactitud la substitucin de los componentes con msregularidad de forma rpida ganando tiempo en el cambio de piezas.

Con relacin a la productividad es muy importante mencionar que losparmetros de peso, RPM aire presin y volumen del compresor juegan unpapel vital conjuntamente con la litologa local o geologa del terreno donde seva a perforar determina la productividad del proceso de perforacin.

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5.Ejemplo de columna de perforacin de la DM-50E

Columna

De

Perforacin

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6.Descripcin de barras de perforacinCaractersticas principales de una barra de perforacin:

- Resistencia a la torsin- Resistencia al colapso- Resistencia al esfuerzo- Elasticidad- Flexible

Elementos principales en la fabricacin de barras de perforacin:

Carbn Cromo Manganeso - Molibdeno

Hilo Macho Cuerpo Hilo Hembra(Pin) (Body) (Box)

Dimetro de Barra Espesor de Pared Peso FT / LB

7 5/8 3 /4 56

8 5/8 1 1 82 114

9 1 /4 1 8

10 3 /4 1, 1 , 2 104 148 187

12 1 126

13 3 /8 1 1 148 184 - 224

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7.CMO SE CALCULA EL PESO DE LA TUBERA DE PERFORACIN?

ANALISIS DEL MATERIAL USADO EN LAS BARRAS DE PERFORACION.

Steel (Naranjo) Alloy (Burdeo)

Especificacin ASTM A106 ASTM A519

Grado B 4140 Templado y Revenido

Condicin Acabado en caliente Acabado en caliente

Limite elstico 35.000 lbs / pulg 90.000 lbs / pulg

Limite a la tensin 60.000 lbs / pulg 120.000 lbs / pulg

Dureza Brinell (HB) 106 a 120 HB 260 a 310 HB

Carbono 0,30 (mximo) 0,38 a 0,40

Manganeso 0,29 a 1,06 (mximo) 0,75 a 1,00

Fsforo 0,048 (mximo) 0,04 (mximo)

Azufre 0,058 (mximo) 0,04 (mximo)

Silicio 0,100 (mnimo) 0,15 a 0,35

Cromo ------------------ 0,80 a 1,10

Molibdeno ------------------ 0,15 a 0,25

SE MULTIPLICA EL LARGO DE LA TUBERIA POR ELPESO EN FT/LB

BARRA 10 3/4 POR 1 1/2 DE PARED33 PIES LARGO POR 148 LBS =

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8.Espacio Anular

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9.Cdigos I.A.D.C.

El primer dgito clasifica los dientes de la broca (1 al 8)

Brocas de dientes de acero clasificacin del (1 al 4). Brocas de dientes de insertos clasificacin del (5 al 8).

El segundo dgito clasifica la dureza de la roca (1 al 4)

1.1 Formaciones blandas, baja resistencia a la compresin.Tricono de dientes 2.2 Formaciones medianas, alta resistencia a la compresin.3.3 Formaciones semiduras y abrasivas.4.4 Formaciones duras y abrasivas

5.1 Formaciones blandas a medianas baja resistencia a la compresin6.2 Formaciones semiduras, alta resistencia a la compresin.

Tricono de Insertos 7.3 Formaciones semiduras y abrasivas.8.4 Formaciones muy duras y abrasivas.

El Tercer dgito clasifica tipo de rodamiento (1 al 8)

1.1.1 Rodamiento de rodillos Estndar.2.1.2 Rodamiento de rodillos refrigerados por Aire.

3.1.3 Rodamientos de rodillo de proteccin diametral.4.1.4 Rodamiento de Rodillos Sellados.

5.1.5 Rodamiento de Friccin Sellado de proteccin diametral direccionalTricono de Insertos 6.1.6 Rodamiento de friccin sellado.

7.1.7 Rodamiento de friccin sellado de proteccin diametral.8.1.8 Direccional.

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10. Costo Total de Perforacin (TDC)

$ B.C + $ C.H.P.MTS

Costo Total de Perforacin = $ C.B. + $ C.B.HM.P Vel.

DONDE

5. VEL = Velocidad de Penetracin del Tricono M/H

4. C.H.P = Costo por Hora de la Perforadora.

3. M.P = Metros Perforados por el Tricono.

2. C.B = Costo del tricono puesto en la mina.

1. C.T.P = Costo Total de Perforacin.

Costo total de perforacin=

Donde la parte ms importante es la velocidad

Velocidad

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11. FORMULA PARA CALCULAR LA VELOCIDAD DE BARRIDO (Vb) EN PIE x MINUTOS(ppm)

Vb =C.F.M. x 183,4

Bit - Barras

Donde :

Vb : es la Velocidad de barrido,C.F.M. : es el caudal de aire del compresor expresado en pie3/min.

Bit : es el dimetro del bit, expresado en pulgadas. Barras : es el dimetro de la columna de barras, expresado en pulgadas.

Ejemplo prctico.

Que velocidad de barrido se necesita para trabajar con un bit de dimetro 6 , una columna debarras de 4 y un compresor con capacidad de 600 c.f.m.

Vb =600 (cfm) x 183,4

=110,040

6-1/2 - 4-1/2 22

Vb = 5,000 p.p.m.

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12. FORMULA PARA CALCULAR CAUDAL DE AIRE (Q) EN PIE /MIN

Q = 27,272 x D - d

Donde:

Q : Es el caudal de aire necesario para obtener una velocidad de barrido anular. Es de 5.000ppm, expresado en C.F.M. (pie3/min)

D : Es el dimetro del tricono de perforacin, expresado en pulgadas.

d : Es el dimetro de la columna de barras, expresado en pulgadas.

Ejemplo prctico:

Cuantos CFM se necesitan en una columna de barras de dimetro 8-5/8 y un tricono de

perforacin de 9-7/8?

Q = 27,272 x 9-7/8 - 7-5/8

Q = 1.074 CFM

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13. EFICIENCIA DEL AIRE COMPRIMIDO A DIFERENTES ALTURAS

ALTURA PIES Y MTS.PRESION BAROMTRICAP.S.I

% DE EFICIENCIAVOLUMETRICA

% DE PERDIDA PORALTURA

0 PIES = O MTS. 14.75 100 % 0 %

1.000 PIES = 304.8 MTS. 14.20 97 % 3 %

2.000 PIES = 609.6 MTS. 13.67 94 % 7 %

3.000 PIES = 914.4 MTS. 13.16 91 % 10 %4.000 PIES = 1.219 MTS 12.67 87 % 13 %5.000 PIES = 1.524 MTS. 12.20 84 % 16 %6.000 PIES = 1.828.8 MTS. 11.73 81 % 19 %7.000 PIES = 2.133.6 MTS. 11.30 78 % 22 %8.000 PIES = 2.438.4 MTS. 10.87 75 % 25 %9.000 PIES = 2.743.2 MTS. 10.46 72 % 28 %10.000 PIES = 3.048 MTS. 10.07 69 % 31 %11.000 PIES = 3.352.8 MTS. 9.70 66 % 34 %12.000 PIES = 3.657.6 MTS. 9.34 63 % 37 %13.000 PIES = 3.962.4 MTS 8.98 60 % 40 %

14.000 PIES = 4.267.2 MTS. 8.65 57 % 43 %15.000 PIES = 4.572.0 MTS. 8.32 54 % 46 %16.000 PIES = 4.876.8 MTS 8.00 51 % 49 %17.000 PIES = 5.181.6 MTS. 7.69 48 % 52 %

18.000 PIES = 5.486.4 MTS. 7.39 45 % 55 %

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14. REVISIONES FUNDAMENTALES Y FUNCIONALES POR

PARTE DEL OEPRADORE DE PERFORADORA.

Revisar que todos los protectores de engranajes en movimiento estnen su lugar.

En los componentes y cilindros hidrulicos, revisar si hay indicios defugas de aceite.

Mirar dentro, fuera y debajo de la perforadora, para asegurarse que lazona este despejada, antes de arrancar la mquina.Revisar que las cortinas de polvo estn en buen estado.

Despus de arrancar la perforadora, revisar que todos los medidores eindicadores, presenten las lecturas debidas y que estn en buenas

condiciones de funcionamiento.Probar el funcionamiento adecuado de todos los controles antes de

perforar o mover la perforadora, incluyendo la prueba de frenos.Revisar que los dispositivos audibles de advertencia, utilizados paraindicar el desplazamiento de la mquina se encuentren en buenascondiciones.

Durante el funcionamiento estar alerta a los ruidos o vibracionesextraas; mirar y oler en busca de humo o vapores extraos.

El operador d ebe hacer una revis in de segu r idad antes de inic iar laslabo res d e cada jorn ada para veri f icar que la mqu ina esten buen estado

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Revisar el terreno donde va a perforar, desnivel del piso, condiciones delas escalas y pasamanos.

Estado de las orugas, polines, pasadores, seguros, pernos sueltos ytodo lo que se pueda observar en el sistema de propulsin.

Fugas de agua y aceite en el piso, indican el lugar de estas fugas.

Nivel de aceite motor diesel.

Nivel de aceite hidrulico.Nivel aceite compresor.Nivel de aceite caja de engranajes.Nivel estanque de agua.

Nivel de refrigerante.Nivel estanque de combustible.Revisar filtros de aire.

Revisar pernos de cardanes acople compresor y caja de engranajes.Condicin de los seguros y cilindros verticales y angulares de la torre.Estado de motor y bomba de agua.Fugas de aceite en sector de bombas hidrulicas.

Mangueras rotas o gastadas.Cualquier otra anomala que a juicio del operador presente una

condicin insegura.

Revis iones d e trabajo.Alg unos p un tos a revisar antes de subirs e a la mqu ina

Revis in sob re la mqu ina

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Posicin de los controles.Condicin de los instrumentos de medicin o parmetros deperforacin (presiones).

Todo lo relacionado con la consola de perforacin.Condicin de puertas, ventanas, vidrios y chapas.

Sistema de alumbrado interior.Extintores.

Asientos.Condicin de las gomas del piso.Orden y aseo.

Cables o cadenas de pulldown.Cilindros de pulldown.

Condicin del porta barras o carrusel.Llave caimn.Todo el sistema de alumbrado exterior.

Fugas del cabezal de rotacin.

Fugas por mangueras.Estado del plato centralizador.

Estado de la plataforma de trabajo.Desgaste de las barras en general.

Desgaste del estabilizador.Condicin del tricono, por ser la herramienta ms importante de laperforacin, el operador debe poner especial cuidado en la revisin deeste componente.Desgaste de los faldones del tricono.

Insertos quebrados.Narices de los conos desgastadas.

Conos sueltos o pegados.Rodamientos atravesados dentro del cono. Avise al jefe de turno oinstructor en caso de que tuviese que cambiarlo, puede ir ganandotiempo en el traslado del material.

Revis in en la cabina del operador

Revis iones de accesor ios de perforacin


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15. PRINCPIOS BSICOS DE HIDRULICA.

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Donde:

P = Presin (lbs/pulgada cuadrada o PSI)F = Fuerza (lbs)

A = Area (pulgada cuadrada)

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P x AF


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16.VELOCIDAD DE BARRIDO.

La velocidad de barrido es definida como la fuerza para levantar el cutting a travsdel espacio anular, por eso la importancia de calcular y saber la velocidad de barrido de

una combinacin de tubera de perforacin en conjunto con el dimetro del tricono y lacapacidad del compresor.

La velocidad de barrido ser igual al cociente de la capacidad nominal del

compresor por la diferencia entre dimetro de broca y de tubera de perforacion:

Frmula en Unidades Inglesas:

Donde:

Velocidad de barrido: pies / minuto (ft/min) Capacidad del compresor: pies cbico / minuto (ft3/min - CFM);

Dimetro del tricono: pulgadas (in).

Frmula en Unidades Mtricas:

Donde: Velocidad de barrido: metros / minuto (m/min);

Clasificacin del compresor: metros cbicos / minuto (m3/min);

Dimetros: metros (m).

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17. VELOCIDAD DE PENETRACIN.

La velocidad de penetracin es el avance de la broca en el pozo en una unidad de

tiempo. Es calculada por la siguiente frmula:

Donde:

VP = Velocidad de penetracin: metros/hora (m/h);

Desplazamiento = metros (m);

Tiempo = horas (min);

60 = Factor para llevar de minutos a horas.

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