Fallas de martillos DTH en condiciones de roca dura: causas de cuatro tipos principales de fallas
Los martillos de fondo (DTH) utilizados en la perforación en roca dura son propensos a diversas fallas debido a la alta dureza de la formación, las elevadas cargas de perforación y los entornos operativos hostiles. Estas fallas afectan directamente la velocidad de penetración, la calidad del pozo y la vida útil del equipo. Según las condiciones típicas de la perforación en roca dura, las fallas comunes se agrupan en cuatro categorías: rendimiento de impacto reducido, desgaste/atascamiento mecánico, problemas en el sistema de remoción de recortes y fallas en la transmisión de potencia. A continuación, se explican los síntomas y las causas de cada categoría.
Degradación del rendimiento de impacto. Esta es una de las fallas más comunes y se manifiesta como una disminución repentina de la eficiencia de trituración de rocas: reducción de la fuerza de impacto, menor frecuencia de impacto y una broca que ya no puede fracturar eficazmente la roca dura, lo que provoca una disminución drástica o la detención de la penetración. Las principales causas incluyen:
1.1 Problemas de suministro del medio de alimentación
En el caso de los martillos neumáticos, la presión insuficiente del compresor (por debajo del rango de 0,6 a 1,2 MPa normalmente necesario para roca dura), el flujo de aire inestable o las fugas/bloqueos en las líneas de suministro reducen la presión disponible para impulsar el pistón.
En el caso de los martillos hidráulicos, la baja presión de la bomba o los circuitos hidráulicos obstruidos por aceite contaminado reducen la fuerza de accionamiento del martillo.
Los contaminantes en el medio de potencia (humedad o polvo en el aire comprimido; partículas metálicas en el aceite hidráulico) aceleran el desgaste del sello y reducen aún más la eficiencia del medio.
1.2 Fallas de flujo interno o válvulas
Los martillos tipo válvula a menudo sufren desgaste, deformación o atascamiento de la placa de la válvula, lo que interrumpe el cambio oportuno de la válvula y evita el movimiento alternativo del pistón de alta frecuencia.
Los diseños sin válvulas pueden verse afectados por el desgaste o el bloqueo de las ranuras de flujo del pistón/cilindro; la acumulación de recortes retrasa la inversión del flujo, altera el ciclo de impacto y reduce drásticamente la energía del impacto.
1.3 Problemas de interfaz entre el pistón y la broca
Los impactos de alta frecuencia desgastan la cara del pistón y la cola de la broca, lo que aumenta las holguras de contacto y causa pérdidas de transferencia de energía.
La instalación de brocas excéntricas o pasadores de ubicación flojos provocan golpes descentrados, lo que reduce la eficiencia del impacto y acelera el desgaste localizado.
Desgaste mecánico, atascamiento y fallos estructurales. Estos problemas son causas importantes de tiempo de inactividad. Bajo impactos repetidos y par de rotación, las piezas mecánicas pueden desgastarse excesivamente, agarrotarse o romperse. Las manifestaciones y causas típicas incluyen:
2.1 Agarrotamiento y desgaste del pistón
Las cargas pesadas aumentan la fricción entre el pistón y el cilindro. La lubricación inadecuada (p. ej., intervalos de lubricación incumplidos en martillos neumáticos o aceite hidráulico degradado) y la penetración de detritos de roca reducen las holguras y provocan el agarrotamiento del pistón. El funcionamiento a alta frecuencia a largo plazo también desgasta las superficies del pistón y puede producir grietas; en casos graves, el pistón puede romperse.
2.2 Daños en la sarta de perforación
La sarta de perforación transmite el par y soporta el martillo. Si la resistencia del material de la sarta es insuficiente, las roscas están flojas o se produce una desviación del pozo, la sarta puede experimentar momentos de flexión adicionales que causan pandeo, deformación o falla de la rosca. La abrasión de los recortes de roca en la pared exterior acelera aún más el desgaste y acorta la vida útil.
2.3 Daños en juntas y sellos
Los substitutos delanteros y traseros son componentes de conexión críticos; la vibración y el torque intensos pueden dañar o deformar las roscas. Los sellos (juntas tóricas, anillos de sellado) expuestos a medios abrasivos y temperaturas elevadas envejecen y se agrietan, lo que provoca fugas del fluido de potencia y permite la penetración de virutas en los ensambles internos, acelerando el desgaste.
Anomalías en el sistema de extracción de recortes. Los recortes duros y gruesos producidos en la perforación en roca dura requieren una extracción fiable. Cuando el sistema de extracción de recortes no funciona correctamente, se produce la obstrucción del pozo, una evacuación deficiente y una mayor resistencia a la perforación, lo que a veces provoca el atascamiento de la tubería. Las principales causas incluyen:
3.1 Medio de lavado o flujo insuficiente
Los martillos neumáticos con poco aire de lavado o los martillos hidráulicos con un flujo de fluido de lavado inadecuado no pueden eliminar los recortes del fondo del pozo con rapidez. El flujo abrasivo prolongado también desgasta y deforma los conductos de transporte (p. ej., el orificio central de la broca o el orificio central del pistón), lo que estrecha los canales y reduce la eficiencia de evacuación.
3.2 Desajuste entre los parámetros de perforación y la remoción de recortes
Una velocidad de penetración excesiva puede generar más recortes de los que el sistema de extracción puede transportar. Una velocidad de rotación o un empuje de broca incorrectos pueden producir recortes demasiado gruesos que no pueden pasar por los conductos de flujo, lo que provoca acumulación y obstrucción.
3.3 Desviación del pozo y deposición de recortes
La desviación del pozo crea zonas bajas donde se acumulan los recortes, que el medio de lavado no puede eliminar eficazmente. Con el tiempo, estos depósitos forman un lecho de recortes compactado que impide el avance del martillo y la acción de la broca.
Fallas de transmisión de potencia. Estas fallas interrumpen la perforación cuando se pierde la transmisión de torque o la energía de impacto no llega a la broca. Se producen comúnmente en las interfaces entre la sarta de perforación y el martillo, y entre el martillo y la broca. Las causas incluyen:
4.1 Conexiones sueltas o dañadas
Las roscas flojas o peladas entre la sarta de perforación y la unión trasera del martillo, o el desgaste de los pasadores de ubicación o estrías, impiden una transferencia de torsión confiable y evitan que el martillo gire con la sarta.
Los componentes de conexión de la broca/sub frontal desgastados o deformados (tuercas de seguridad, anillos elásticos, etc.) pueden hacer que las brocas se aflojen, lo que produce golpes secos donde la energía no llega a la roca y se pierde la rotación sincrónica, lo que provoca un desgaste desigual del cortador.
4.2 Daños en los bits que provocan fallas en la transmisión
El desgaste, el astillamiento o la pérdida de los cortadores (botones de carburo de tungsteno, cortadores de PDC/diamante) impiden un contacto eficaz con la formación. La energía del impacto no se transmite a través de los cortadores a la roca y, en cambio, se refleja en las partes internas del martillo, lo que aumenta las cargas de impacto internas y causa fallas secundarias.
Resumen y principales factores influyentes. En resumen, las fallas comunes de los martillos DTH en la perforación en roca dura se deben a las características que definen el trabajo: cargas elevadas y entornos hostiles. Los principales factores influyentes se dividen en tres grupos:
Equipo inadecuado: modelo de martillo, tipo de broca o materiales de los componentes no compatibles con las condiciones de la roca dura.
Operación y mantenimiento inadecuados: parámetros de perforación inadecuados, falta de limpieza o lubricación periódica y reemplazo tardío de piezas desgastadas.
Mala coordinación del sistema auxiliar: suministro de energía inestable y desajuste entre la capacidad de remoción de recortes y el ciclo de perforación.
Comprender estas causas fundamentales proporciona la base para la resolución de problemas específicos y la adopción de medidas preventivas para mantener la perforación en roca dura continua y eficiente.
