En el artículo de GEOJUANJO (Escudos para perforar. 200 años de historia.)
ya mencioné la siguiente máxima sobre perforación que en su día me regaló un
paisano perforista que estaba haciendo anclajes.
Perforar tiene dos dificultades, arrancar el material de
abajo y subirlo, también tiene una putada, que el agujero se mantenga abierto
para poder seguir.
Más tarde en el artículo Perforación de anclajes y micropilotes. El secreto está en la punta. Expuse mi intención de desarrollar un poco la sentencia del
paisano perforista empezando por explicar cómo se Arranca el material.
En este artículo hablaré sobre la segunda dificultad, es
decir, sacar el detritus arrancado .
Una vez hemos arrancado el material del fondo de la
perforación, debemos sacarlo de ésta, en caso contrario, no podremos avanzar ya
que el detritus nos impediría seguir perforando y lo que haríamos es clavar
la herramienta, y esa no es la idea.
En la perforación de micropilotes y anclajes, salvo los
sistemas que utilizan helicoides, se
utilizan sistemas continuos de extracción de residuos los cuales se basan en
subir el material mediante el arrastre de éste, forzando una corriente de fluido
desde la punta de la perforación hasta arriba, abajo os dejo un dibujo en el
que intento reflejar este circuito en el fondo de una perforación.
Como bien sabéis, un
objeto cayendo a través de un fluido, aumenta su velocidad, debido a la
gravedad, hasta que alcanza una velocidad límite a partir de la cual las
fuerzas de rozamiento asociadas a la viscosidad del fluido neutralizan la
aceleración de la gravedad, en dicho momento la velocidad pasa a ser constante.
A modo de ejemplo, un humano en caída libre, en posición
horizontal y con los brazos y piernas extendidos alcanza una velocidad máxima
de unos 200 km/h .
Lo anterior podemos reenfocarlo lúdicamente, de forma que si conseguimos un
recinto donde el aire circule verticalmente a 200 km/h , un humano en
posición horizontal y con brazos y piernas extendidas, se mantendrá flotando.
Antes de seguir os invito a que veáis este video del
fenómeno que estoy explicando.
Si al paisano del video, le ponemos una velocidad de aire superior a 200 km/h , el
resultado es que lo mandaremos muy lejos, y aquí es donde está la base de los
sistemas utilizados en la perforación para subir el material desde la punta de
la perforación hasta arriba.
Aceptando que en la perforación hay un flujo laminar y es
aplicable la Ley de Stokes ( esto es mucho simplificar, pero para el objeto de
este artículo es suficiente) llegamos a la fórmula de abajo, que a efectos
prácticos te dice que la fuerza que soporta una esfera en un flujo en movimiento es inversamente proporcional a la viscosidad
del fluido y el radio de ésta.
Cómo sacaremos el detritus (material previamente arrancado)
de la perforación???
Pues sometiendo éste a una corriente de fluido, con
velocidad suficiente para que ejerza una
fuerza ascendente superior al peso sumergido de las partículas de
detritus. Esta corriente de fluido la
generaremos forzando un circuito de fluido desde una fuente de fluido (bomba de
lodos, bomba de agua o compresor de aire), que pase por la punta de
perforación, recoja el detritus y lo arrastre fuera de la perforación.
Que variables tenemos:
- El tamaño de las partículas de detritus: Cuanto mayor sea el tamaño menos velocidad necesitaremos para arrastrar las partículas de detritus. Pero cuidado, ya que necesitaremos un circuito más amplio cuanto mayor sean las partículas, para que pueda subir dichas partículas en un modo laminar.
- La viscosidad del fluido: Cuanto más viscoso sea el fluido menor velocidad necesitaremos. Está claro que no es lo mismo el aire que el agua o los lodos bentoníticos.
- La sección por la cual discurrirá el fluido. Cuanto mayor sea dicha sección, mayor caudal de fluido necesitaremos si queremos conseguir una velocidad dada.
- La rugosidad del circuito por donde discurrirá el fluido. A mayor rugosidad, mayor dificultad para el fluido, lo cual implica la necesidad de mayores presiones para vencer a la perdida de carga.
Al final lo importante es conseguir una velocidad del fluido
superior a la velocidad límite arriba planteada. Para que tengáis una
referencia, esta velocidad límite, para partículas medias es entre 1500 y 2000
m/min para el aire y unos 35 a
65 m/min para lodos de perforación
habituales.
A modo de ejemplo:
Si se perfora un micropilote de diámetro 150 mm , utilizando un
varillaje de diámetro exterior 100
mm (ver el esquema anterior) , si queremos subir el material desde el punto de
perforación hasta la superficie con aire necesitaremos un compresor que nos de
un caudal entre 15 y 20 m3/min. En cambio, si utilizamos lodos de perforación normales
el caudal de lodos que necesitaremos será de 300 a 600 l/min.
El ejemplo del paisano en caída libre o el túnel vertical de
viento ya lo utilicé en GEOJUANJO, concretamente en una serie de artículos que
hacían referencia a los fenómenos de licuefacción y sifonamiento, abajo os dejo
varios enlaces a esos artículos.
Gracias
por vuestro tiempo
juanjo
juanjo
Hola, creo que el caudal de lodos que mencionas para perforar un micripolote de 150 mm es excesivo ¿300-600 l/min?.
ResponderEliminarYo no lo veo así, si lo que quieres es una perforación limpia. seguramente si se trata de perforaciones cortas (inferiores a 15 m) este caudal puede ser menor, también dependerá de la rugosidad de las paredes y de toda una serie de aspectos que ultrapasan este artículo.
EliminarUn saludo