Cada vez más profundos y más rápidos, los equipos de perforación han experimentado un vertiginoso desarrollo en las últimas décadas. Un avance tecnológico que no sólo ha mejorado sistemáticamente los materiales utilizados para la fabricación de los equipos, sino que también se ha puesto al servicio de la eficiencia con el consiguiente ahorro de costos que representa.

Uno de los principales aspectos destacables de esta evolución tiene que ver con el diseño de las brocas, también conocidos como “bit”. Los primeros equipos trabajaban principalmente con brocas de pastilla, fabricados a base de carburo de tungsteno, un metal extremadamente duro capaz de soportar altos impactos.

Posteriormente fueron incorporadas las placas en forma de “x” y en la década de los ’60 fueron introducidos al mercado los llamados bit de botones, que es la base de los elementos utilizados en la actualidad.

“Los botones tienen la ventaja de distribuir de mejor forma el metal duro en la cara del bit para producir así un mejor corte de la roca. Además, trabajan de manera más rápida y son más durables”, explica Claudio Díaz, jefe de equipos DTH de la empresa Simma.

Si bien los bit de botones también son fabricados a partir de carburo de tungsteno, este material ha mejorado con el paso del tiempo gracias a una serie de aleaciones que lo han hecho aún más resistente.

Además, los botones tienen características especiales en su forma y en su composición según el tipo de roca a perforar. Generalmente las rocas blandas se perforan con botones parabólicos o balísticos mientras que las rocas de mayor dureza son perforadas con botones de forma semi esférica.
“Las brocas con cara plana son las más comunes, y existen otros diseños con cara convexa que permiten distribuir más insertos en la periferia del bit para una mayor velocidad y resistencia en roca dura y abrasiva, sin embargo, presentan el inconveniente de la posibilidad de que el pozo se desvíe. También se utilizan diseños con cara cóncava que normalmente se emplean en pozos profundos ya que tienen menor tendencia a la desviación debido al piloto invertido que se genera en el centro del bit”, precisa el ejecutivo.

De todos modos, lo claro es que el desarrollo de las herramientas de perforación ha sido notable en las últimas décadas.

El constante perfeccionamiento de los materiales utilizados en las herramientas ha permitido notorios progresos. Por ejemplo, si una broca, hace 70 años, podía perforar 100 metros, actualmente con el avance tecnológico, este elemento alcanza una durabilidad diez veces mayor.

“Los métodos y los elementos de perforación han tenido un desarrollo muy grande, acorde con las nuevas exigencias del mercado. Esto se debe a que se exige que los trabajos se realicen de la forma más rápida y eficiente posible”, resume Claudio Díaz.

Extrayendo muestras

Las perforaciones son muy importantes dentro del proceso productivo minero para extraer mineral, aunque también sirven para construir túneles, caminos o vías de acceso. Sin embargo, la perforación también constituye un factor importantísimo para obtener información sobre el subsuelo a través de sondajes.

Ya sea con recuperación de cuttings (recortes de roca producto de la perforación) o recuperación de testigos, las técnicas para obtener muestras han evolucionado tan rápido como las mayores profundidades que han alcanzado los equipos.

Uno de los equipos más utilizados en este sentido son las perforadoras top hammer o martillos en superficie. A través de un sistema de percusión que se realiza en superficie, estos equipos van fracturando la roca hasta obtener “detritos”, o pequeñas muestras de material recuperado.

Estos equipos pueden ser de accionamiento neumático (los más antiguos) o de accionamiento hidráulico, lo que permite la percusión y rotación necesaria para perforar. Sin embargo, por sobre los 20 ó 30 metros de profundidad ya no son eficientes porque parte de la energía de impacto se pierde en la medida que se agregan mas barras a la columna de perforación. “Debido a esto, estos elementos sólo son adecuados para muestreo en pozos de tronadura”, afirma Claudio Díaz de Simma.

Tan popular como los top hammer son los equipos llamados DTH, sigla en inglés para abreviar la expresión down the hole, o dentro del pozo. Este sistema se utiliza principalmente para producción, que puede ser tanto en minería subterránea como en rajo abierto.

La sigla DTH hace referencia a donde ocurre la percusión. Mientras en los equipos Top Hammer ésta se realiza en la parte superior de la sarta de perforación, el pistón del martillo de los equipos DTH siempre golpea directamente sobre el bit. Gracias a esto no hay pérdida de energía a medida que aumenta la profundidad del pozo. Los primeros martillos DTH eran de diseño “con válvula interna” que dirigía el aire alternadamente a la cámara superior e inferior del martillo. Sin embargo, esta tecnología era incapaz de trabajar con presiones mayores a 12 bar.

En cambio, los martillos modernos son de un diseño mucho más simple, sin válvula interna. El pistón sube y baja alternadamente gracias a los pasos de aire que tiene y a las nervaduras en su cilindro. Actualmente los martillos pueden trabajar con una presión tan alta como de 28 bar.

La tendencia actual es a reducir el número de componentes internos y concentrarse en la búsqueda de nuevas aleaciones y tratamientos térmicos que permitan aumentar la vida útil y velocidad de perforación de martillo y bits.

Desde hace un poco más de 15 años existen los martillos DTH con aire reverso, un método de perforación en el cual el cutting no asciende por el espacio anular del pozo, evitando de esta manera una posible contaminación por elementos ajenos que podrían encontrarse en las paredes del pique.

La muestra es forzada a subir por el interior de las barras de perforación, que en este caso son de doble pared, hasta llegar a un ciclón donde es colectada en bolsas para su posterior análisis.

El principio de funcionamiento de los martillos RC (circulación reversa) es el mismo que los martillos DTH convencionales (para pozos de tronadura). El aire comprimido sigue siendo la fuente de energía del martillo, por lo tanto, a mayor presión, mayor es la frecuencia de impacto y la velocidad de penetración.

La principal ventaja de este método es que se puede colectar sistemáticamente muestras de cuttings libres de contaminación. Ello hace que la muestra sea más representativa de la roca que se está perforando, a una velocidad mucho más rápida que lo que podría hacerse con un tricono o perforación con recuperación de testigos (diamantina), particularmente en roca dura y compacta. Además, con este sistema el costo es inferior a la perforación con recuperación de testigos.

Con estos diversos métodos, el negocio de la perforación busca su camino para satisfacer de mejor manera las necesidades del mercado que debe adaptarse a las particulares condiciones en que se encuentran los nuevos yacimientos.

“Por lo general, los nuevos yacimientos se encuentran a profundidades mayores, lo que abre nuevos desafíos para la industria”, concluye Claudio Díaz.