¿Los puertos de agua del adaptador de vástago se obstruyen constantemente? No es la presión del agua, es el equilibrio.
He aquí una contradicción diagnóstica que vuelve locos a los perforadores: el manómetro de presión de agua marca un nivel normal, el caudalímetro indica un volumen suficiente y, sin embargo, los orificios de purga del adaptador del vástago se siguen obstruyendo. Los limpias y, una hora después, vuelven a estar bloqueados. El agua fluye, pero los orificios se obstruyen. ¿Cómo es posible que ambas cosas sean ciertas?
La respuesta —y no es intuitiva— es que la obstrucción no es un problema de suministro, sino de proporción. El sistema de lavado tiene dos funciones: suministrar refrigerante a la cara de corte y extraer los recortes del pozo. Cuando la velocidad de producción de recortes supera la de su extracción, el excedente no se queda estancado, sino que se acumula contra la restricción más estrecha del flujo y se solidifica. Y la restricción más estrecha casi siempre son los orificios de agua del adaptador del vástago.
El problema de la arcilla: cuando la roca blanda se convierte en pegamento.
Ciertas formaciones —como la lutita, la arcilla y el gneis muy erosionado— poseen una propiedad que las hace particularmente hostiles a los sistemas de lavado: sus minerales arcillosos se hidratan y se hinchan al contacto con el agua. Lo que comienza como detritos de perforación se convierte, en cuestión de segundos, en una pasta pegajosa de alta viscosidad con la consistencia de la plastilina y las propiedades adhesivas de la lechada de construcción.
En el modo de perforación de alto impacto, el cabezal de corte produce esta pasta más rápido de lo que el agua de lavado puede expulsarla del pozo. La pasta no se comporta como los recortes granulares que se pueden transportar en suspensión. Se adhiere. Se recubre. Y se acumula preferentemente en los orificios de agua del adaptador del vástago —el punto más estrecho de todo el recorrido de lavado— donde la velocidad del flujo es máxima y el agua entra primero en la varilla de perforación.
Esta es la secuencia que impide el enjuague: se acumula pasta alrededor de la entrada del puerto de agua → el diámetro efectivo del puerto se reduce → la velocidad del flujo aumenta a través de la abertura restante → la mayor velocidad compacta más pasta contra los bordes del puerto → la pasta se seca y endurece durante breves pausas en el flujo → el puerto queda ahora permanentemente reducido o bloqueado.
El operador observa que el manómetro aún marca una presión normal —debido a que la bomba se esfuerza contra una obstrucción, lo que aumenta la presión—, pero el caudal real que llega a la broca se ha reducido a un goteo. La broca se sobrecalienta. Los recortes se acumulan en el espacio anular. La varilla comienza a atascarse. Y, paradójicamente, el manómetro parece estar bien porque está midiendo la contrapresión causada por la obstrucción, no el caudal.
La solución no es aumentar la presión del agua. Una mayor presión a través de un orificio bloqueado solo compacta aún más la obstrucción. La solución es reducir la tasa de producción de recortes para que coincida con lo que el sistema de lavado puede eliminar. En formaciones blandas y ricas en arcilla, deje de usar el modo de alto impacto. Disminuya la velocidad de penetración. Dé tiempo al agua de lavado para que haga su trabajo. El agujero tardará más en perforarse, pero se perforará de verdad, a diferencia de la situación en la que se avanza rápidamente diez metros y luego se pasa una hora despejando una sarta compacta.
El problema del agua dura: incrustaciones que no se ven hasta que es demasiado tarde.
La segunda causa de la obstrucción de los puertos de agua no tiene nada que ver con la roca que se perfora, sino con el agua que se bombea. Si el suministro de agua contiene altas concentraciones de minerales disueltos (calcio, magnesio, hierro, sílice), se acumulará lentamente una capa mineral en cada conducto de agua de la herramienta.
He aquí la explicación química: el agua que transporta bicarbonato de calcio disuelto fluye a través de los conductos internos de la broca. Al pasar por los estrechos orificios de entrada de agua del adaptador del vástago, el flujo se acelera y la presión disminuye. Esta disminución de presión libera dióxido de carbono disuelto en el agua, lo que altera el equilibrio de carbonatos y provoca que el carbonato de calcio —incrustaciones de caliza— se precipite directamente sobre las paredes de los orificios.
Al principio, la incrustación es microscópica, una fina capa. Tras un turno, se hace visible como una costra blanca o marrón. Después de una semana de funcionamiento continuo, el diámetro del orificio de entrada de agua se ha reducido a la mitad o menos, y el caudal se ha estrangulado hasta una fracción del que suministra la bomba. El manómetro, de nuevo de forma engañosa, marca una presión alta debido a la restricción, mientras que el caudal real en la broca es peligrosamente bajo.
El mismo mecanismo se aplica a las partículas sólidas en suspensión en el agua: limo, escamas de óxido, residuos de algas. A las altas velocidades de flujo a través de los estrechos orificios de agua, estas partículas son impulsadas contra las paredes de los orificios con la fuerza suficiente para incrustarse y acumularse, capa por capa, como sedimentos en una tubería.
Cómo anticiparse a ambos problemas
Para la obstrucción causada por la arcilla, la solución es práctica: ajuste la potencia de impacto a la formación del terreno. En suelos arcillosos, no se trata de una carrera contrarreloj, sino de eliminar la pasta. Reduzca la velocidad, mantenga el flujo de agua y evite que la pasta se acumule. Después de cada perforación, mientras el adaptador del vástago aún esté húmedo y la pasta no se haya secado, enjuague los orificios de agua con agua limpia. Una vez que la pasta se seca y endurece, la eliminación se realiza mecánicamente.
Para solucionar la obstrucción por incrustaciones y sedimentos, la solución está en el suministro de agua. Instale un filtro en su toma de agua: un filtro multietapa con una malla gruesa para sedimentos y una malla fina para limo. Verifique la presión diferencial del filtro al menos una vez por turno. Una presión diferencial creciente indica que el filtro está funcionando correctamente y necesita limpieza.
Si su fuente de agua tiene un alto contenido de minerales disueltos (el agua subterránea de acuíferos calcáreos es la peor), considere usar agua tratada o instalar un ablandador de agua en su sistema de suministro. El costo del tratamiento del agua es insignificante comparado con el costo de reemplazar adaptadores de vástago, varillas de perforación y brocas dañadas por el sobrecalentamiento debido a la obstrucción del sistema de lavado.
Al final de cada turno, enjuague todo el sistema con agua limpia (adaptador de vástago, varillas de perforación, todo lo que esté aguas abajo) para eliminar cualquier incrustación o sedimento antes de que se endurezca durante la noche. Un enjuague de cinco minutos al final del día evita que se produzca una obstrucción al comienzo del siguiente.
