UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA

ÁREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO

RENOVABLES

Ingeniería En Geología Ambiental Y Ordenamiento TerritorialPERFORACION Y SONDAJES

MÓDULO XI

TAREA INDIVIDUAL 2

César David Chamba Quizhpe

07/10/2013

Tema: Coronas de diamantes.

1. Introducción

El principal objetivo al realizar la extracción de testigo con coronas de diamantes, es siempre la calidad del testigo. Buenos testigos permiten obtener una serie de informaciones sobre el área de interés. Se entiende por buenos testigos, aquellos que reflejan, de la forma más original posible, las condiciones de las formaciones en el tramo perforado. Las técnicas actuales de evaluación de testigos generan informaciones críticas para predecir y orientar la producción de un mineral.

El segundo objetivo de las coronas de diamante es la de reducir al máximo el costo del metro perforado. Para tanto, es necesario mantener los índices de recuperación próximos a un 100% y utilizar parámetros de trabajo que produzcan altas tasas de penetración y larga vida de las coronas y de los equipamientos. 

Los equipamientos que reducen los tiempos de maniobra para el retiro del testigo, también contribuyen en este objetivo. Para seleccionar una corona diamantada, debemos considerar inicialmente las características de la roca a ser perforada. Las más relevantes son: dureza, abrasividad, granulometría y homogeneidad.

2. Perforación con coronas de diamante

La perforación se basa justamente en la propiedad del diamante de poseer el grado más alto de dureza por la que puede cortar cualquier tipo de roca o material. La máquina que se emplea se llama Sonda, que consiste en una unidad motriz, capaz de hacer rotar una broca, llamada corona, en cuya cara posee diamantes impregnados de diferentes tamaños según sea la formación a perforar.

2.1. Selección de corona: La corona se debe seleccionar de acuerdo al terreno a perforar y considerando además las características del equipo (sonda) disponible. Como norma general es importante recordar que, para una corona insertada, los diamantes pequeños se indican para una roca dura y los diamantes grandes se indican para una roca blanda. Además este tipo de coronas es recomendable para formaciones blandas.

Figura 1. Coronas de diamantes.

2.2. Selección de coronas en relación al terreno.

Tabla 1. Descripción del terreno en el que es recomendable utilizar cierto tipo de corona en específico.

Tipo TerrenoDorada [serie 10] Para terreno extremadamente duro, grano fino, no abrasivo, compacta.

Púrpura [serie 9] Broca de corte muy rápido. Para roca muy dura, grano fino, moderadamente abrasiva, compacta, capaz de perforar a altas velocidades de penetración.

Negra 2 [serie 8] Para roca dura, grano fino medio grueso, sólida, suavemente fracturada.

Negra 2 [serie 7] Para roca moderadamente abrasiva, grano fino a grueso, sólida a suavemente fracturada.

Negra 3 [serie 6] Para formaciones abrasivas, grano grueso, medía fracturada.

Verde [Serie 6] Para formaciones abrasivas, grano grueso, media fracturada, se comporta bien en formaciones sujetas a cambios en la dureza y abrasividad de la roca.

Gris [Serie 4] Para terreno abrasivo, grano medio grueso, fracturada, quebrada.Roja [Serie 2] Para terreno extremadamente abrasivo, grano grueso, muy fracturada y

suelo cortado.

2.3. Partes de una corona de diamantes

Insertos de diamantes en una corona

Figura 2. Partes de una corona e inserciones de diamantes en la misma.

2.4. Oferta de coronas de acuerdo al diámetro de testigo requerido.

Tabla 2. Tamaño de coronas según el diámetro de testigos requeridos.

TamañoDiámetro interior o del

TestigoDiámetro exterior o del pozo

AQTK 35,5 mm 48 mmBQ 36,4 mm 60 mm

BQTK 40,7 mm 60 mmNQ 47,6 mm 75,7 mm

NQTK (NQ2") 50,6 mm 75,7 mmNQ3 45 mm 75,7 mmHQ 63,5 mm 96 mmHQ3 61,1 mm 96 mmPQ 85 mm 122,6 mmPQ3 83 mm 122,6 mm

B 56 - T2 56 41,7 mm 56,3 mmB 76 - T2 76 61,7 mm 76,3 mmB 86 - T2 86 71,7 mm 86,3 mm

B 101 86,7 mm 101,3 mmT2 101 83,7 mm 101,3 mmB116 101,7 mm 116,3 mmB131 116,7 mm 131,3 mm

T6 101 79,0 mm 101,3 mmT6 116 93,0 mm 116,3 mmT6 131 108,0 mm 131,3 mmT6 146 123,0 mm 146,3 mm

3. Técnicas para el buen uso de coronas

Tabla 2. Recomendaciones y razones para el correcto uso de las coronas de diamantes.

Recomendación RazónIniciar la inyección del lodo antes de comenzar la perforación y esperar la circulación hasta la superficie (si tiene retorno).

Para limpiar el fondo del cutting (recorte) en el fondo del pozo. Evitar fundir la corona al inicio de la perforación. Si no tiene de lodo retorno de lodo, asegurarse de que la columna de barras

este llena de fluido.Iniciar la rotación de la corona unos 20cm. antes del fondo del pozo y aumentar gradualmente las R.P.M. y avance.

Para asentar suavemente la corona en la roca y evitar sobre torques que pueden desprender la matriz de la corona.

Controlar las barras y detectar perdidas de fluido.

Las perdidas indican que hay una barra dañada y reduce la cantidad de lodo que llegara a la corona y puede provocar que esta se funda y cause un atrapamiento de la columna de barras.

4. Parámetros técnicos

Unidad de medida: de los diamantes es el quilate que es una unidad de medida de su |densidad. De esto dependen las características de los diamantes que lo harán ideales para perforar determinados tipos de formaciones.

Velocidad de rotación

La velocidad periférica depende principalmente del tipo de corona que se esté utilizando:

Inserción de diamantes ……………………………1-3 m/s Impregnación de diamantes ……………………….2-5 m/s

Para obtener una alta velocidad de avance con coronas de impregnación, la velocidad de rotación debe ser tan alta como sea posible, pero sin vibraciones. Tanto en las coronas de inserción como de impregnación, la velocidad de avance aumenta linealmente con el aumento de la velocidad de rotación.

Figura 3. Aumento de la velocidad de avance con la velocidad de rotación.

Vibraciones en la perforación: En la sarta de perforación pueden aparecer dos tipos de vibraciones como consecuencia de la rotación: en los acoplamientos entre varillas y en el tren completo.

Para determinar la velocidad de rotación crítica rpm para el primer tipo de vibración se utiliza la expresión siguiente:

Donde:DE, DI =  Diámetros exterior  interior de la varillas (cm)I          =  Longitud de una varilla (m).Para el segundo tipo de vibración, la velocidad de rotación crítica se obtiene a partir de:

Donde:L          = Longitud total de la sarta (m)

Velocidad de penetración ideal: Una forma útil para estimar la velocidad de penetración ideal es la siguiente:

Donde:S = Número de diamantes en el diámetro medio de la corona.Esa formula se basa en experiencias que han demostrado que el avance máximo por diamante y revolución es del orden de 0,008 mm.

Empuje: La velocidad de avance aumenta cuando se incrementa al empuje de la sonda; a partir de este momento, la velocidad de avance disminuye. Este efecto ocurre más rápidamente con coronas de impregnación que con las de inserción. El avance óptimo se alcanza cuando todos los diamantes de corte son presionados contra la roca.

EMPUJE MÁXIMO (kg) = PESO EN QUILATES x N° DE PIEDRAS POR QUILATE x 3,2

Tabla 3. Rangos de valores de algunas formaciones rocosas frecuentes.

5. Patrones de desgaste de las coronas de diamante

Una corona de inserción debe ser devuelta para recuperación cuando:

La velocidad de inserción es excesivamente baja (menor de 5 cm/min). Los diámetros interior y exterior están demasiado gastados. La corona ha perdido gran número de diamantes. El frente de la corona empieza a quemarse.

Desgaste Ideal

El patrón de desgaste de la cara de la corona debe ser relativamente plano.

Figura 4. Desgaste normal de la corona.

Retiro IdealLa profundidad de impregnación se consuma por completo y en forma pareja.

Figura 5. Desgaste normal de la corona.

Diamante Demasiado Expuesto

La matriz erosiona antes de que el diamante se haya desgastado lo suficiente.Se reduce la vida útil de la corona.Causas

• Matriz muy suave.• Velocidad de penetración muy alta.

Solución• Aumente RPM, Reducir velocidad penetración.• Cambiar corona a Serie menor.

Figura 7. Desgaste anormal de la corona.

Pérdida Diámetro Interior

Causas• Velocidad de penetración muy alta.• Formaciones fracturadas.• Fluido de perforación insuficiente.• Perforación sobre testigo perdido.

Solución• Aumente RPM, Reducir velocidad penetración.• Agregue cemento o Cambiar corona a Serie menor.• Revise el ajuste de la longitud del tubo interior, Revise la bomba y el tren de barras

por posibles fugas, Aumente el caudal de la salida de la bomba.• Revise el barril / resorte / porta resorte.

Figura 8. Desgaste anormal de la corona.

Cara Cristalizada

Causas• Velocidad de penetración es baja para las RPM.• Matriz muy dura o el contenido de diamantes es muy alto.

Solución• Aumente la velocidad penetración.• Cambiar corona a Serie mayor

Figura 9. Desgaste anormal de la corona.

Perdida Diámetro Exterior

Causas• Carencia de fluido de circulación.

• La corona esta escariando en pozo bajo medida.• Vibración.

Solución• Aumente flujo refrigerante.• Revise el diámetro exterior del escariador y reemplácelo si es inferior al diámetro

nominal.• Ajuste RPM, Reemplacé barril o barras dobladas.

Figura 10. Desgaste anormal de la corona.

Quemada

Causas• Falta de agua o refrigerante.• Mucho peso sobre la corona.

Solucion• Revise refrigerante.• Revise bombas y tren de barras para ver si hay fugas.• Revise ajuste del tubo interior.• Cambiar corona a Serie mayor.

Figura 11. Desgaste anormal de la corona.

Bibliografía

Departamento de formación técnica. SISTEMAS DE PERFORACIÓN DE POZOS CON CORONA DIAMANTE. Universidad Arturo Pray.

López Jimeno – Carlos. 2006.  MANUAL DE SONDEOS. Tecnología de perforación. Ayala Carcedo. 2000. MANUAL DE INGENIERIA GEOLOGICA. Instituto Tectológico

GeoMinero de España.