ES2354542A1 - Sistema de perforación a rotopercusión con martillo de fondo. - Google Patents

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ES2354542A1 ES200900252A ES200900252A ES2354542A1 ES 2354542 A1 ES2354542 A1 ES 2354542A1 ES 200900252 A ES200900252 A ES 200900252A ES 200900252 A ES200900252 A ES 200900252A ES 2354542 A1 ES2354542 A1 ES 2354542A1
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Abstract

Sistema de perforación a rotopercusión con martillo de fondo.El sistema incluye un martillo neumático de fondo con un pistón (6) desplazable por impulsión de aire comprimido para accionamiento de la herramienta de corte (5) rompedora de la roca. Entre el respectivo varillaje (2) de doble pared y el pistón (6) va montado un racor cruzado (10) dispuesto en el interior de una campana (11) ajustada a la pared de la perforación (3). El aire comprimido penetra a través de la cámara anular (7) establecida entre ambas paredes del varillaje (10), alcanzando una pareja de pasos (14) del racor (10), desde los cuales alcanza el extremo superior del pistón (6) para impulsión de éste. El detrito originado en la perforación, por medio del mismo aire comprimido, es impulsado hacia una pareja de pasos (13) del racor (10) accediendo para su expulsión al paso interior (8) del varillaje (2). En base al racor (10) y la campana (11) es posible perforar a rotopercusión con circulación inversa, mediante un martillo neumático de fondo a circulación directa.

Description

Sistema de perforación a rotopercusión con martillo de fondo.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un sistema de perforación a rotopercusión con martillo de fondo que, utilizando un varillaje de doble pared, permite perforar a rotopercusión con circulación inversa, mediante un martillo neumático de fondo convencional a circulación directa. Para ello se incorpora un racor cruzado situado bajo una campana emplazada en la propia perforación.
El objeto de la invención es hacer viable tecnológicamente la perforación a rotopercusión neumática en grandes diámetros y a grandes profundidades, mediante un martillo neumático convencional.
El sistema de la invención está previsto para su aplicación tanto en perforaciones de terrenos de dureza media, como en terrenos duros o muy duros, y de forma especial en terrenos fisurados y karstificados (cuevas, etc.), que con otras técnicas sería inviable, por la pérdida de fluido de perforación.
Antecedentes de la invención
Como es sabido, en las perforaciones verticales y para terrenos duros y medio duros, se utilizan sistemas basados en un martillo neumático de fondo con un pistón interior que es accionado mediante aire comprimido inyectado por compresores de alta presión, realizando un movimiento ascendente y descendente y cuya función es, por un lado golpear el útil de corte (tallante), transmitiéndole la energía necesaria para romper la roca y, por otro lado, aprovechar el movimiento ascendente del pistón para dejar pasar el aire comprimido sobrante al fondo de la perforación y a través de unas cámaras dispuestas en el interior del martillo hacia las toberas mecanizadas en el tallante y conseguir así la limpieza del detrito generado en el fondo de la perforación. El detrito es elevado desde el fondo, a través del anular resultante entre la perforación realizada y el diámetro exterior del martillo de fondo y del varillaje simple.
En este proceso de limpieza y con un martillo convencional (rotopercusión con circulación directa), cuanto mayor sea el anular resultante entre la perforación y el martillo de fondo y varillaje, mayor volumen de aire será necesario, el cual se consigue aumentando el número de compresores de alta presión. Dicho aumento de compresores resultan insuficientes al aumentar los diámetros y las profundidades, además de suponer un coste realmente alto y difícil de repercutir al cliente, por el gran número de compresores que serían necesarios, haciendo en muchas ocasiones inviable utilizar este sistema, teniendo que recurrir a sistemas de perforación como la percusión o la rotación a circulación directa o inversa.
Descripción de la invención
El sistema de la invención, basándose en el conocido sistema de perforación mediante martillo neumático de fondo a circulación directa, presenta la particularidad de incorporar un racor cruzado en el interior de una campana ajustada al diámetro de la perforación y donde el varillaje utilizado es de doble pared.
El racor cruzado es una pieza que se sitúa por encima del propio martillo neumático, presentando aquel una pareja de pasos de trayectoria oblicua, uno de ellos en comunicación con la cámara que determina la doble pared del varillaje, de manera que el aire procedente de dicho varillaje es canalizado a través del racor para su impulsión y empuje del martillo, mientras que el otro paso se encuentra en comunicación con el paso axial y central del varillaje, constituyendo el medio de circulación del detrito hacia el exterior, ya que dicho detrito, por el aire a presión, es proyectado entre la campana y el martillo accediendo al racor para que, a través de éste, alcance el interior del varillaje y sea expulsado al exterior.
De esta manera la perforación deja de ser de circulación directa y pasa a ser de circulación inversa, con las ventajas que de ello se derivan y que se expondrán con posterioridad.
La campana, ajustada al diámetro de la perforación, evitará que el detrito originado vaya por el anular hacia el exterior, siendo reconducido dicho detrito a través de la misma hacia el racor cruzado. Además, dicha campana constituye el medio estabilizador del taladro, lo que en grandes diámetros es de vital importancia para que no se desvíe la perforación.
El racor cruzado y la campana, como elementos fundamentales y novedosos de la invención, se complementan con una pieza en funciones de cierre superior y situado por debajo del varillaje, fijándose esta pieza o cierre mediante roscado sobre el propio racor cruzado, intercalándose entre ambos la campana. Dicho cierre colabora en la función de recoger el aire del varillaje y analizarlo a través del racor cruzado.
En base al sistema descrito y principalmente a la utilización del racor cruzado en combinación con la campana, se consigue redirigir el detrito de la perforación hacia el interior del varillaje utilizado, lo cual supone una mejora sustancial en los requerimientos de aire de alta presión necesarios, disminuyendo espectacularmente el consumo de combustible y haciendo viable la perforación en grandes diámetros y grandes profundidades a rotopercusión con circulación inversa, utilizando un martillo convencional o de directa. Esto es porque el diámetro interior del varillaje es siempre el mismo, independientemente del diámetro utilizado en la perforación, siendo el volumen y presión de aire requeridos mucho menores que con rotopercusión con circulación directa. Únicamente con el aumento de la profundidad y la aparición de agua de un acuífero, se aumentan los requerimientos de presión de aire, siendo éstos mucho menores que en el caso de la circulación directa si los comparamos con las mismas profundidades y diámetros.
Por lo tanto, mediante el racor cruzado descrito se consiguen de manera significativa dos funciones básicas para las que se ha diseñado, ya que en primer lugar se consigue una máxima eficiencia en la canalización del detrito hacia el interior del varillaje, evitando por su diseño acumulación de detritos en las canalizaciones del racord, lo que taponaría el sistema y no funcionaría, y por otro lado cabe resaltar el que se consigue una maximización de la cantidad de caudal y presión de aire que llega al martillo de fondo reduciendo las pérdidas de carga de forma significativa. Es decir se consigue un máximo aprovechamiento del aire producido por el compresor, reduciendo los costes en combustibles al necesitar menos compresores para hacer llegar el aire que necesita el martillo de fondo.
El hacer viable accionar un martillo neumático de fondo convencional y convertir la circulación del detrito de directa a inversa, con una reducción importante en los requerimientos de aire a presión, significa la posibilidad de realizar perforaciones en grandes diámetros y grandes profundidades, impensables en terrenos de dureza media, duros y muy duros, incluso abrasivos, con avance de propagación muy veloces, que con otros sistemas son inviables o extremadamente lentos.
A esta innovación hay que añadir las ventajas que proporciona durante la perforación, tales como la fiabilidad en el muestreo de los terrenos atravesados, debido a la rápida velocidad ascensorial del detrito por el interior del varillaje. En perforaciones para captación de agua, la rápida detección de la calidad del agua de los diferentes niveles acuíferos que se atraviesan, al ser detectados de forma casi inmediata, de la misma forma que se puede determinar de que caudal dispone la perforación de forma aproximada. Todo esto es sin duda una información geológica e hidrogeológica valiosísima durante la ejecución de la obra y disponible en campo de forma inmediata para poder definir las características constructivas del pozo.
Además de las ventajas y prestaciones señaladas, cabe destacar otras tales como:
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La velocidad de avance es muy interesante, aun con grandes diámetros y profundidades.
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Buena verticalidad del taladro.
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La extracción del detrito por el interior del varillaje asegura la evacuación total de éste al tratarse de una sección uniforme y que consigue una velocidad ascensorial del orden de 1000 m/min, lo que asegura acometer la perforación a grandes diámetros y grandes profundidades.
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Al no subir fluido ni detrito por el anular, se evitan las colmataciones de las paredes del taladro, que para el caso de captación de agua es muy importante, y se evitan posteriores limpiezas y gastos.
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Al no haber fluido que circula por el anular se evitan inestabilidades de las paredes, ahorrando en entubaciones auxiliares y en cementaciones.
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Se detectan muy rápidamente los acuíferos por la rápida velocidad ascensorial y la detección de contrapresiones de forma casi inmediata, pudiéndose analizar el agua con gran fiabilidad.
-
El muestreo no está contaminado por otros fluidos de perforación, por lo que la muestra del terreno es muy fiable.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista esquemática en alzado de un sistema de perforación convencional, sin el racor cruzado, viéndose la circulación de aire comprimido entre la doble pared del varillaje, y la circulación del detrito por el interior del mismo varillaje.
La figura 2.- Muestra una vista en alzado del detalle que corresponde a la mejora de la invención, es decir al racor cruzado, la campana y el cierre, situados entre el extremo inferior del varillaje y la parte superior del martillo neumático.
Las figuras 3, 4, 5 y 6.- Muestran respectivos detalles en sección de varias de las múltiples configuraciones que podría adoptar el racor cruzado.
Realización preferente de la invención
Como se puede ver en las figuras, y concretamente en la figura 1, un sistema convencional de perforación a rotopercusión con martillo de fondo comprende una estructura (1) en la que va soportado un varillaje (2) que se va formando por el acoplamiento axial de tramos, para ir formando la perforación (3) sobre las distintas capas de terreno (4) que son perforadas, realizándose ésta mediante un tallante o herramienta de corte (5) impulsada en sentido descendente por aire comprimido que acciona al martillo neumático, concretamente al cabezal (6) del propio martillo.
Según la invención, el varillaje (2) es de doble pared, determinando una cámara anular (7) entre ambas paredes, y un paso interior y concéntrico (8), de manera que a través de la cámara (7) se impulsa el aire comprimido procedente de un compresor, según el sentido indicado por las flechas (9), para accionar el pistón (6) del martillo neumático y que dicho pistón (6) golpee sobre el tallante o herramienta de corte (5) para que ésta rompa la roca del terreno (4) y conseguir con ello realizar el pozo o perforación (3).
Como una de las características fundamentales de la invención se ha previsto que el sistema de perforación citado, que es un sistema a rotopercusión con circulación directa, incorpore un racor cruzado (10) que se monta en el interior de una campana (11) ajustada a la pared interna de la perforación, quedando el conjunto entre la herramienta de corte (5) y el extremo inferior del varillaje (2) y sujeto mediante una pieza de cierre (12) roscada sobre el extremo superior del racor cruzado (10).
Tal racor cruzado (10) está dotado de una pareja de pasos (13) que se comunica superiormente con el paso interior (8) del varillaje (2), mientras que inferiormente se comunica con la perforación (3). Asimismo, dicho racor cruzado (10) está dotado de otra pareja de pasos (14) que se comunica superiormente con la cámara anular (7) establecida por la doble pared del varillaje (3),en tanto que inferiormente queda enfrentado al extremo superior del pistón (6) del martillo neumático.
De esta manera, el aire comprimido impulsado desde el compresor, a través de la cámara (7) del varillaje (2), alcanza los pasos (14) del racor cruzado (10) dirigiendo ese aire comprimido sobre el extremo del pistón (6), lo que produce el empuje y descenso de éste que accionará el tallante o herramienta de corte (5), para provocar la rotura de la roca y con ello la perforación (3) que se pretende. Ese aire comprimido, pasante a través de la herramienta de corte o tallante (5), alcanza la parte inferior de la perforación y se proyecta hacia arriba produciendo el arrastre del detrito, entre la campana (11) y el propio pistón (6), alcanzando dicho detrito los pasos (13) del racor (10) y con ello su recirculación a través del paso interior (8) del varillaje (2), siendo proyectado al exterior a través de un conducto (15) previsto en el extremo de dicho paso interior (8) del varillaje (2), todo ello con el sentido de circulación marcado por las
flechas (16).
Por lo tanto, mediante el racor cruzado (10) descrito se consigue una máxima eficiencia en la canalización del detrito hacia el paso interior (8) del varillaje (2), así como maximizar el caudal y presión del aire que llega al pistón (6) del martillo neumático de fondo, reduciéndose de forma significativa las perdidas de carga.
En definitiva, con un martillo neumático de fondo convencional se consigue convertir la circulación del detrito de directa a inversa, con la consiguiente reducción de los requerimientos de aire a presión, permitiendo realizar perforaciones de grandes diámetros y profundidades.

Claims (3)

1. Sistema de perforación a rotopercusión con martillo de fondo, que utilizando un martillo neumático a cuyo correspondiente pistón se le aplica aire comprimido para producir la impulsión de éste contra el correspondiente tallante o herramienta de corte, mediante la que se efectúa la rotura de la roca, estableciéndose la perforación por extracción del detrito originado, siendo ese detrito impulsado hacia arriba por medio del propio aire comprimido utilizado en la impulsión del pistón, incluyendo además un varillaje superior y axial a través del cual es conducido el aire comprimido hacia el martillo de fondo, se caracteriza porque entre el extremo inferior del varillaje (2) y el extremo superior del pistón (6) correspondiente al martillo neumático, se ha previsto un racor cruzado (10) dispuesto en el interior de una campana (11) ajustada a la pared interna del correspondiente tramo de la perforación (3), quedando sujeto el racor cruzado (10) sobre la campana (11) mediante un cierre superior (12) fijado por roscado sobre el extremo superior de ese racor (10).
2. Sistema de perforación a rotopercusión con martillo de fondo, según reivindicación 1, caracterizado porque el varillaje (2) es de doble pared, estableciendo una cámara anular (7) entre ambas paredes, para paso del aire comprimido hacia el pistón (6) del martillo neumático, y un paso interior y concéntrico (8) para el paso del detrito en su desplazamiento ascendente hacia el exterior.
3. Sistema de perforación a rotopercusión con martillo de fondo, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el racord cruzado (10) está afectado de dos parejas de pasos (13 y 14), estando cada paso (14) comunicado superiormente con el extremo inferior de la cámara anular (7) del varillaje (2), mientras que el extremo inferior de dicho paso (14) se encuentra enfrentado al extremo superior del pistón (6) del martillo neumático; habiéndose previsto que cada paso (14) determine un medio de canalización del aire comprimido procedente del correspondiente compresor pasante a través de la cámara anular (7) del varillaje(2), hasta alcanzar el pistón (6) y producir el impulso descendente de éste sobre el tallante o herramienta de corte (5) encargada de romper la roca del terreno, mientras que cada paso (13) del racor cruzado (10) está comunicado superiormente con el paso interior y concéntrico (8) del varillaje (2) y por el extremo inferior con la perforación (3), estableciendo el medio de canalización de la circulación del detrito desde la parte inferior de la perforación (3) hacia el paso interior y concéntrico del varillaje (2) y correspondiente expulsión a través de éste hacia un conducto de salida (15).
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