Los tres números que controlan cada orificio DTH: rotación, avance y par.
Toda operación de perforación DTH se reduce a tres parámetros: velocidad de rotación, presión de avance y par de rotación. Si se ajustan correctamente los tres, el pozo se perfora solo. Si alguno falla, se desperdicia la vida útil de la broca, se dobla la sarta o no se avanza.
El problema radica en que estos tres números son interdependientes y cambian constantemente: con la profundidad, la dureza de la roca y el desgaste de la broca. A continuación, se explica cómo interpretar cada uno de ellos, con las fórmulas y reglas prácticas que utilizan los perforadores experimentados.
Velocidad de rotación: Ajuste la indexación al impacto.
La función de la rotación es desplazar las brocas hacia roca fresca entre los golpes del pistón. La broca no debe golpear el mismo punto dos veces, pero tampoco debe girar tanto como para dejar crestas intactas entre los cráteres de impacto.
El punto óptimo, según las pruebas de campo en roca dura, es el siguiente: cada impacto debe desplazar los insertos del calibre exterior entre un tercio y la mitad de su propio diámetro. Si el desplazamiento es menor, se golpea la misma roca repetidamente. Si es mayor, se dejan marcas.
Existe una fórmula para esto: la velocidad de rotación es igual a la frecuencia de impacto multiplicada por el diámetro del inserto, dividida por pi multiplicada por el diámetro del orificio.
n = f × d / (π × D)
Donde n es la velocidad de rotación en RPM, f es la frecuencia de impacto en golpes por minuto, d es el diámetro del inserto del calibre y D es el diámetro del orificio.
La lógica es simple: el inserto debe moverse un diámetro por cada impacto, y la circunferencia del orificio determina cuántos diámetros caben en una rotación. La fórmula convierte esa geometría en RPM.
En la práctica, para la perforación de pozos de agua, el rango de trabajo suele ser de 10 a 30 RPM. Se trabaja más despacio en roca dura, donde cada impacto requiere tiempo de contacto completo para fracturar la roca, y más rápido en roca blanda, donde la penetración es profunda y la broca puede avanzar más entre golpes.
Presión de alimentación: el rango es más amplio de lo que piensas.
La función de la presión de avance es mantener la broca asentada contra la roca para que la energía del pistón se concentre en la fractura en lugar de rebotar. El valor adecuado depende del tipo de martillo, la dureza de la roca y la presión del aire.
El rango de trabajo es de 6 a 14,6 kilogramos por milímetro de diámetro de broca. En el extremo inferior, para roca blanda y baja presión de aire. En el extremo superior, para roca dura y alta presión de aire.
Un ejemplo concreto: una broca de 152 mm que funciona a menos de 1,7 MPa de presión de aire necesita aproximadamente 6 × 152 = 912 kilogramos de fuerza de avance. En roca más dura, aplique una fuerza cercana al límite superior del rango (10, 12, incluso 14 kg por milímetro) y observe el comportamiento de la broca durante el proceso.
La corrección para pozos profundos del artículo anterior también se aplica aquí: la fuerza de avance real en el fondo del pozo es igual al valor teórico menos el peso de la sarta de perforación, el martillo y la broca. A medida que el pozo se profundiza, se resta el peso suspendido de la lectura del manómetro para mantener constante la fuerza real de la broca.
Y la misma advertencia: mayor avance no significa mayor penetración. El pistón es el que rompe. El avance solo mantiene el contacto. Si se avanza demasiado, se desgastan los insertos, se sobrecargan las estrías y se dobla la cuerda sin obtener ningún beneficio.
Par motor: El número que nadie calcula
El par motor suele ser el factor menos importante, ya que generalmente depende de la fuerza que genere el motor de rotación. Sin embargo, es crucial, sobre todo en pozos profundos y en roca dura.
El requerimiento teórico es de aproximadamente 1,06 newton-metros por milímetro de diámetro de broca. En la práctica, conviene considerar un valor mayor —alrededor de 2,7 N·m por milímetro— para tener en cuenta la fricción en el orificio, los detritos en el espacio anular y la creciente resistencia de una sarta larga.
Una broca de 152 mm requiere aproximadamente 2,7 × 152 = 410 N·m de par de rotación. Este es el valor real, no el mínimo teórico. En perforaciones profundas, se debe aumentar el par. En roca dura y abrasiva, también. El par requerido aumenta a medida que la sarta se alarga y la roca se endurece.
Si el motor de rotación se esfuerza demasiado (con tirones, paradas bruscas o sobrecalentamiento), la demanda de par supera la oferta. Esto indica que hay que revisar el pozo: acumulación de recortes, colapso de la pared o atasco de la broca. No acelere sin más.
Los tres parámetros juntos
Aquí está el marco que une los tres:
Velocidad de rotaciónControla la distancia que recorre la broca entre golpes. Si va demasiado lento, se desperdicia energía de impacto en roca ya fracturada. Si va demasiado rápido, deja marcas y desgasta los insertos.
Presión de alimentaciónControla si la broca permanece en su sitio. Si es demasiado poco, el martillo rebota y el pistón se dispara en vacío. Si es demasiado, se desgastan los insertos y se cargan las estrías.
Esfuerzo de torsiónControla si la broca puede girar. Un par insuficiente bloquea la sarta en el pozo. Una demanda de par excesiva indica un problema en el pozo.
Interactúan entre sí. Una alta presión de avance aumenta la demanda de torque. Una alta velocidad de rotación incrementa el desgaste de los insertos. Un torque elevado en roca blanda indica que la broca se está atascando. Los tres números conforman un sistema, no una lista de verificación.
El perforador que entiende este sistema no necesita un manual. Observa el pozo —la velocidad de penetración, el aire de retorno, el ruido del motor de rotación, la vibración a través de los controles— y ajusta los tres parámetros simultáneamente, de forma constante y en pequeños incrementos. Esa es la diferencia entre perforar siguiendo las instrucciones y perforar según las necesidades del pozo.
