ES2354542A1 - Sistema de perforación a rotopercusión con martillo de fondo. - Google Patents
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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.
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.
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.
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:
- -
- La velocidad de avance es muy interesante, aun con grandes diámetros y profundidades.
- -
- Buena verticalidad del taladro.
- -
- 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.
- -
- 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.
- -
- Al no haber fluido que circula por el anular se evitan inestabilidades de las paredes, ahorrando en entubaciones auxiliares y en cementaciones.
- -
- 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.
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.
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).
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).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200900252A ES2354542A1 (es) | 2009-01-29 | 2009-01-29 | Sistema de perforación a rotopercusión con martillo de fondo. |
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| ES2354542A1 true ES2354542A1 (es) | 2011-03-16 |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2354542A1 (es) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2597150A1 (fr) * | 1986-04-11 | 1987-10-16 | Boniface Andre | Perfectionnement aux dispositifs de forage des sols comprenant un outil de forage fixe a l'extremite d'une tige formee de deux tubes concentriques |
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| ES1010555U (es) * | 1988-02-22 | 1990-01-16 | Talleres Royse, S.L. | Martillo neumatico perfeccionado. |
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-
2009
- 2009-01-29 ES ES200900252A patent/ES2354542A1/es active Pending
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|---|---|---|---|
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Effective date: 20120504 |