Nuevas técnicas de perforación de pozos para proyectos de minería

Aunque en décadas no ha habido grandes avances en las técnicas de perforación de pozos para proyectos de minería, las empresas del sector están apostando por alcanzar mayores niveles de productividad en los procesos de perforación, mediante el uso de nuevas máquinas, el incremento de las habilidades del equipo técnico para su adecuada operación y en el conocimiento minucioso de los distintos suelos.

Si bien las técnicas de perforación de pozos para proyectos de minería, son utilizadas con cinco grandes finalidades; generalmente, implican el uso de los métodos conocidos como rotario y por percusión independientemente del uso que se le dará a este. Hagamos un breve repaso de cuáles son estas cinco principales necesidades:

• Falta de agua.
• Exceso de agua.
• Estabilizar terrenos.
• Comunicar servicios.
• Exploración de minerales.

En el primero de los casos, la mina necesita agua para sus propios procesos, no la tiene disponible y decide perforar un pozo para extracción de agua. Si se trata de exceso, se requiere de perforaciones para colocación de bombas que permitan el secado rápido de la mina ante riesgos de inundación. Los terrenos inestables, por su parte, usan técnicas de perforación de pozos para proyectos de minería, que garantizan la posibilidad de perforar sin que se derrumben los barrenos. La perforación para la comunicación de servicios, requiere de exactitud en la verticalidad para llevar aire, comunicaciones y energía a los túneles de una forma más directa y económica.

En cuanto a la exploración de minerales, las técnicas de perforación de pozos para proyectos de minería, son usados para la producción de astillas de roca y obtención de muestras. Por su propia naturaleza, la exploración de minerales implica perforar para descubrir qué hay debajo de la superficie. Si bien está acompañada por estudios geológicos, geofísicos y/o geoquímicos, la perforación se utiliza para obtener información detallada sobre los tipos de roca, el contenido mineral, la estructura de la roca y la relación entre las capas de roca cercanas a la superficie y su profundidad. 

Chorro de aire rotativo

El chorro de aire rotatorio es una de las técnicas de perforación de pozos para proyectos de minería menos costosa y más simple para la exploración minera. También requiere una habilidad limitada. Sin embargo, esta técnica de perforación convencional no está exenta de inconvenientes. En general, no se prefiere porque no es posible obtener una muestra representativa. El chorro de aire rotatorio es un tipo de perforación rotatoria, donde se usa una broca de hoja o una broca de cono de rodillo para cortar y romper roca con una hoja simple montada en el extremo de un vástago de perforación giratorio.

Este vástago gira mientras se le aplica empuje mediante un mecanismo de extracción que utiliza hasta el 65 por ciento del peso de la máquina. A medida que la broca se rompe y retira la roca mediante una acción de trituración y astillado, se suministra aire comprimido a la broca. El aire enfría la broca y hace que los esquejes vuelvan a la superficie. Se utiliza en materiales de roca blanda hasta unos 25 metros de profundidad, o para perforar la capa superior de roca y suelo descompuestos para obtener una muestra de roca fresca del lecho rocoso de abajo.

Perforación de circulación inversa

La perforación de circulación inversa, o perforación rotatoria, como una de las principales técnicas de perforación de pozos para proyectos de minería, es más costosa que el chorro de aire rotatorio. También requiere más equipamiento y mayores habilidades de operación. Sin embargo, este tipo de perforación, da como resultado una mayor precisión de la muestra, lo que la convierte en la forma más popular, tanto para la exploración minera, como para cualquiera de los otros usos. 

La perforación rotatoria es una forma de perforación de percusión, mediante la cual se hace que la roca quiebre a través del uso de un pistón que aplica impactos rápidos al vástago de perforación, transfiriendo energía a la broca. Estos golpes a la roca son entregados por la broca, mientras que un dispositivo de rotación se asegura de que la broca golpee una nueva superficie de roca con cada golpe.

Se aplica una fuerza de avance para mantener el contacto entre la roca y la broca, y se usa aire comprimido para quitar o enjuagar el corte de perforación del pozo, avanzando en la profundidad del pozo de manera eficiente. El pistón se puede montar fuera del orificio o dentro de este, para una perforación silenciosa y eficiente.

Con la perforación rotatoria, se utiliza una tubería de perforación de doble pared. Se inyecta aire entre los dos tubos mediante un «rótula de entrada lateral». El aire sale de la sarta de perforación detrás de la broca, que puede ser un martillo de fondo o una barrena tricono. El aire y los fragmentos, se fuerzan a través de la cara de la broca y retroceden dentro del «tubo interior» para viajar de regreso a la superficie.

Aquí, es importante destacar las ventajas del uso del sistema denominado TOP DRIVE como unas de las nuevas técnicas de perforación de pozos para proyectos de minería. Con su utilización, el cambio de método entre barrena tricono y martillo de fondo o viceversa, para perforar más eficientemente según el tipo de suelo, se realiza rápidamente. Unas pocas horas bastarán, según la profundidad en la que se esté trabajando, al momento de requerirse la sustitución del método.

Con el sistema tradicional, para sustituir un método por otro, es necesario cambiar la máquina completa, lo que implica demoras importantes y el despliegue de una logística complicada. En el sistema top drive, todo lo que hace girar la columna de la sarta de perforación se encuentra en la parte superior de la perforadora. Es un sistema hidráulico que trabaja con aceite y permite intercambiar los métodos sin necesidad de mover la máquina. 

Perforación con núcleo de diamante

Al igual que con la perforación rotatoria, la perforación con núcleo de diamante es otra de las técnicas de perforación de pozos para proyectos de minería. Esta técnica requiere de una gran habilidad, ya que utiliza menos equipo que la perforación con control remoto. Es más costosa porque es un proceso que requiere aproximadamente cinco veces más tiempo, para perforar una cantidad equivalente de roca que con la perforación rotatoria. Si utiliza perforación con núcleo de diamante, los costos adicionales incluirán brocas, aditivos de perforación, combustible y mano de obra.

Con la perforación con núcleo de diamante, se utiliza una tubería con incrustaciones de diamantes industriales para perforar las capas de roca. Se deja un «núcleo» de roca en el centro de la tubería, que luego se recupera como muestra. Este núcleo puede luego analizarse para determinar más su composición, así como la relación entre las capas de roca. Se requieren altas rpm, de 300 a 1200 para la perforación con núcleo de diamante, con peso y penetración constantes para asegurar que el núcleo no se lave.

La perforación con núcleo de diamante requiere una habilidad considerable, ya que, en las formaciones de roca dura, demasiado peso puede hacer que la broca se queme, mientras que un peso insuficiente puede arriesgar el pulido de la broca. Un operador bien formado comprenderá qué tipo de broca usar y cuánto peso aplicar.

Para la exploración de minerales, se pueden utilizar técnicas de perforación para determinar información sobre tipos de rocas, contenido mineral y más. Hay una serie de consideraciones que deben tenerse en cuenta al decidir qué método utilizar.

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