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EXPLORACIÓN

5 de junio de 2017

Los entresijos de los sistemas de recuperación de núcleos alámbricos

Boart Longyear mejora la recuperación del núcleo alámbrico

Boart Longyear desarrolló el sistema de recuperación de núcleos alámbricos en 1958 y fue el primer fabricante de productos de exploración de perforación diamantina en ofrecer este revolucionario sistema. El sistema alámbrico Genuine Q ™ aumentó la productividad en el sitio de trabajo e hizo que el núcleo de disparo desde la parte inferior del agujero fuera más seguro para el asistente de perforación. 

Sin embargo, Boart Longyear recientemente ha realizado mejoras en el sistema, lo que aumenta significativamente la fiabilidad y el rendimiento.

Principalmente, los sistemas alámbricos requieren un tubo interior receptor de muestra completamente independiente de la sarta de barras, mientras se encuentra en la parte inferior de la sarta, en el tubo exterior detrás de la broca.

Montado en la parte superior del conjunto del tubo interno está el conjunto del cabezal, que incluye el mecanismo de fijación crítico requerido para sujetar el tubo interno mientras se recibe la muestra del núcleo y para liberar el tubo interno lleno para la recuperación con alambre.

Un dispositivo llamado "overshot" o "pescante" se conecta a un cable y se baja o bombea en el orificio hasta que captura el conjunto del cabezal, lo que permite que el tubo interno se pueda tirar o elevar hacia el equipo de perforación mediante el uso de un cabrestante o mecanismo de elevación.

Acoplamiento de bloqueo de orificio completo

Acoplamiento de bloqueo estabilizado

El asiento del sistema de cierre

Para recibir los elementos de fijación desplegados desde el conjunto del cabezal, los acoplamientos se insertan en la sarta de perforación para proporcionar una abertura o asiento interior ampliado. En el sistema original, el asiento del sistema de fijación se formaba haciendo coincidir dos acoplamientos. El primer acoplamiento, conectado a las barras de perforación sobre el tubo interno, se conoce como acoplamiento de bloqueo. El acoplamiento inferior, conocido como acoplamiento del adaptador, se conecta entre el acoplamiento de bloqueo y el tubo exterior, debajo del cual se aloja el tubo interior, y a su vez a la carcasa de escariado y la broca. La cara extrema del extremo macho del acoplamiento de bloqueo sirve como cara de soporte de carga para el mecanismo de cierre.

Desafortunadamente, todos los mecanismos de cierre pivotantes requieren una cantidad significativa de "holgura" o juego axial en el asiento del mismo para permitir el movimiento pivotal, lo que da como resultado el juego del tubo interno y un rendimiento deficiente del sistema en terrenos difíciles. De hecho, un tubo interno con un núcleo acuñado, o un tubo interior sobrellenado, puede cargarse tanto contra el asiento del sistema de fijación que los pestillos no puedae pivotar en la retracción. Esto a menudo provoca el atascamiento de los tubos lo que potencialmente podría requerir la costosa retracción de la sarta de perforación.

 En los sistemas Roller Latch ™ más recientes, un acoplamiento de bloqueo integrado mejorado elimina la junta secundaria e incorpora una ranura interior colocada en el medio que sirve como asiento del pestillo. Además, los pestillos de los rodillos se caen, eliminando la necesidad de juego axial y mejorando el rendimiento del sistema en terrenos difíciles.

Principalmente, el asiento del sistema de cierre debe resistir la reacción de la carga de empuje total del taladro cada vez que el perforador empuja a través de un terreno difícil , "en bloques". Es decir, cuando la muestra del núcleo se adhiere o se agrieta temporalmente en el tubo interior (o cuando el tubo está lleno), el empuje en la sarta de perforación (peso en la broca) es completamente resistido por el tubo interno, el mecanismo de cierre y el acoplamiento de bloqueo. Sin embargo, el asiento tiene una profundidad de alrededor de un tercio del espesor de la sarta de perforación, lo que limita la capacidad de carga potencial.

DATO DE INTERÉS: Aunque los tubos interiores están fabricados con tubos mecánicos de precisión estirados en frío, tienen una dureza y resistencia al desgaste limitadas. Las muestras de núcleos con bordes duros y afilados pueden desarrollar rápidamente ranuras en la superficie interior del tubo interno, lo que a su vez conduce a un acuñamiento o atascamiento grave del núcleo. Los tubos interiores cromados de Boart Longyear son una solución muy efectiva que garantiza la máxima recuperación y productividad del núcleo.

Mecanismos de pestillo y material de acoplamiento de bloqueo

El conjunto del cabezal del sistema Q original incorporaba un mecanismo de pestillo que consistía en un par de pestillos pivotantes, desplegado por un resorte de alambre tipo "mariposa" y retraído por el impacto con la parte inferior de una ranura en la caja retráctil del pestillo cuando se retraía con el pescante del cable.

Ahora ya obsoletos, estos pestillos tenían sólo 8 mm (5/16 ") de grosor, lo que producía un área de contacto de acoplamiento muy pequeña en el asiento del pestillo. Esto dio como resultado presión de contacto y tensiones del material que a menudo excedían la resistencia del asiento del pestillo cuando se perforaba en condiciones difíciles. En algunos casos, el material del asiento del pestillo cedería permitiendo que los pestillos se introdujeran en el acoplamiento de bloqueo, dando como resultado un tubo atascado. Como mínimo, la alta tasa de desgaste del asiento del pestillo era un problema de mantenimiento.

En 1998, Boart Longyear una vez más aseguró su posición como el innovador líder en tecnología de línea fija al introducir el mecanismo patentado Link Latch ™. Esta innovación prácticamente eliminó los "tubos atascados" al proporcionar un apalancamiento mecánico durante la retracción del cable, haciendo pivotar directamente los pestillos en la posición retraída, mientras que la tecnología convencional intentó empujar indirectamente los pestillos mientras lucha contra el apalancamiento mecánico deficiente y la interferencia con el asiento del pestillo.

Además, el grosor del pestillo se duplicó a 16 mm (5/8 "), lo que redujo la presión de contacto del asiento y la tensión a la mitad, mejorando con ello la vida útil y la fiabilidad. Sin embargo, se requiere el juego del tubo interno para los pestillos pivotantes.

En 2012, el lanzamiento de la tecnología Roller Latch incluyó una mejora significativa en todos los acoplamientos de bloqueo de Boart Longyear. El material de aleación de acero tratado térmicamente proporcionó aumentos sustanciales en la resistencia (40% de aumento) y dureza (resistencia al desgaste). Esto proporcionó una capacidad de empuje y una confiabilidad mucho mayores al empujar a través de condiciones de perforación difíciles, pero también mejoras significativas para otras características de acoplamiento de bloqueo como se describe a continuación.

DATO DE INTERÉS: Originalmente, los cerrojos se trataron con un horno de endurecimiento profundo (cementación) para resistencia al desgaste, pero que resultaron excesivamente frágiles en condiciones de perforación difíciles, ocasionalmente resultando en fallas de pestillo. El mecanismo Link Latch incluyó una mejora significativa en la resistencia al desgaste y la confiabilidad con un endurecimiento de la caja más duro y más delgado (nitruración). La tecnología Roller Latch utiliza rodillos de acero inoxidable endurecidos con calidad de rodamientos para una máxima resistencia al desgaste y alta fiabilidad.

Almohadillas antidesgaste en acoplamiento de bloqueo

Situado en la parte superior del tubo exterior, el acoplamiento de bloqueo también puede actuar para estabilizar el tubo exterior y reducir la desviación del agujero. Esto se logra mediante la adición de almohadillas de desgaste que actúan como superficie de apoyo contra el orificio perforado.

Boart Longyear ofrece dos estilos de acoplamientos de bloqueo, "agujero completo" y "estabilizado". Mientras que ambos se cortan del mismo material de aleación de acero de alta calidad utilizado para varillas de perforación alámbricas, los acoplamientos de bloqueo de orificio completo tienen un diámetrro exterior aumentado con cuatro planos equidistantes que estiran en frío a todo lo largo.

Mientras que el área anular entre los planos y el orificio perforado permiten el paso del fluido de perforación y los recortes, las secciones redondeadas de mayor diámetro son endurecidas por inducción para proporcionar almohadillas de desgaste duraderas y resistentes a la abrasión en todo el cuerpo.

Los acoplamientos de bloqueo de orificios completos funcionan bien en condiciones de suelo competentes donde el orificio es uniforme y los cortes son finos. Por el contrario, las malas condiciones del terreno pueden limitar significativamente el rendimiento de la perforación y la circulación de los recortes, o generar un par de torsión excesivo o requerimientos de avance.

Detalle de la almohadilla de desgaste revestida con láser

Detalle de la almohadilla de desgaste revestida con láser

Sección ampliada que muestra carburo de tungsteno en matriz

Almohadillas antidesgaste en acoplamiento de bloqueo

Situado en la parte superior del tubo exterior, el acoplamiento de bloqueo también puede actuar para estabilizar el tubo exterior y reducir la desviación del agujero. Esto se logra mediante la adición de almohadillas de desgaste que actúan como superficie de apoyo contra el orificio perforado.

Boart Longyear ofrece dos estilos de acoplamientos de bloqueo, "agujero completo" y "estabilizado". Mientras que ambos se cortan del mismo material de aleación de acero de alta calidad utilizado para varillas de perforación alámbricas, los acoplamientos de bloqueo de orificio completo tienen un diámetrro exterior aumentado con cuatro planos equidistantes que estiran en frío a todo lo largo.

Mientras que el área anular entre los planos y el orificio perforado permiten el paso del fluido de perforación y los recortes, las secciones redondeadas de mayor diámetro son endurecidas por inducción para proporcionar almohadillas de desgaste duraderas y resistentes a la abrasión en todo el cuerpo.

Los acoplamientos de bloqueo de orificios completos funcionan bien en condiciones de suelo competentes donde el orificio es uniforme y los cortes son finos. Por el contrario, las malas condiciones del terreno pueden limitar significativamente el rendimiento de la perforación y la circulación de los recortes, o generar un par de torsión excesivo o requerimientos de avance.

Sección de acoplamiento de bloqueo estabilizado Quick Pump-In ™ Roller ™ que muestra la ranura del seguro y la ranura del freno

Detalle de la almohadilla de desgaste revestida con láser

DATO DE INTERÉS: Tubos exteriores con orificio completo también están disponibles para proporcionar un aumento significativo en la rigidez y el control direccional; recomendado sólo para condiciones de suelo competentes.

Los acoplamientos de bloqueo estabilizados (anteriormente conocidos como de estilo "convencional") utilizan conjuntos de almohadillas de desgaste con materiales con contenido de tungsteno. El carburo de tungsteno ofrece una resistencia al desgaste que es de órdenes de magnitud mayor que la del acero endurecido, proporcionando una superficie de rodamiento confiable y de mayor duración que los de orificio completo.

Además, un mayor espacio entre las almohadillas de desgaste y en el área anular entre el cuerpo de acoplamiento y el orificio, asegura un paso eficiente de los fluidos de perforación y los recortes en todas las condiciones de terreno.

Originalmente, las almohadillas de desgaste de acoplamiento estabilizado se aplicaron mediante un laborioso proceso manual donde se aplicaba tecnología de soldadura para fundir varrillas de soldadura utilizando carburo de tungsteno en una matriz metálica conocida como "revestimiento rígido" que unía el material de la varilla al cuerpo de acoplamiento.

Se necesitaba agregar una gran cantidad para volver a rectificar una almohadilla de desgaste plana a un tamaño razonable, y la forma resultante era difícil de controlar, lo que perjudicaba la capacidad de pasar fluido y recortes. 

Además, se requería una cantidad excesiva de calor, lo que suavizaba el cuerpo de acero y debilitaba el acoplamiento. En algunos acoplamientos, el revestimiento rígido también se aplicaba a la cara del asiento del pestillo para mejorar la resistencia al desgaste, pero debido al proceso de soldadura manual, esto podía suavizar el asiento del pestillo subyacente al punto donde los podían sobresalir del asiento bajo cargas normales.

Nuevamente, el lanzamiento de la tecnología Roller Latch incluyó otra actualización significativa para todos los acoplamientos de bloqueo estabilizados Boart Longyear ™. La tecnología de revestimiento láser permite la aplicación precisa de almohadillas de desgaste que contienen una densidad significativamente mayor de carburo de tungsteno y con muy poco calor.

Las almohadillas de desgaste estabilizado se proporcionan en forma de espiral eficiente, lo que favorece el paso del fluido de perforación y los cortes. Las pruebas comparativas de desgaste en el laboratorio han demostrado una mejora de más de 10 veces (pruebas según ASTM G65), que generalmente se traduce en más del doble de la vida útil en el campo.

Interacción del acoplamiento de bloqueo y el conjunto de cabezal

Aunque que Boart Longyear ha mejorado la resistencia al desgaste de los sistemas de fijación y sus asientos, la interacción de los elementos produce desgaste abrasivo durante las operaciones normales de perforación.

Se puede producir un movimiento giratorio relativo significativo entre el conjunto del cabezal del enlace del sistema de bloqueo Link Latch y la sarta de perforación cuando no hay suficiente carga o fricción de contacto coincidente. Esto puede ocasionar un desgaste rápido entre el asiento del conector y el elemento de bloqueo, así como también entre el hombro de tope del conjunto del cabezal y el anillo de tope del tubo exterior.

DATO DE INTERÉS: El desgaste entre el hombro de tope y el anillo de tope aumenta el juego del tubo interno, afectando adversamente la recuperación del núcleo. Los hombros de tope y los anillos de tope son reversibles, lo que permite extender fácilmente la vida útil y minimizar el juego.

Los acoplamientos de bloqueo para el conjunto del cabezal Link Latch están disponibles opcionalmente con una pequeña pieza de extensión integral y parcial del hombro del extremo macho que sobresale junto a los pestillos desplegados. Como tal, la rotación de la sarta de perforación impulsará la rotación del ensamblaje de la cabeza al mismo tiempo.

DATO DE INTERÉS: Cuando se dispara el tubo interior en la sarta de perforación, si los elementos de bloqueo del tubo interno se enganchan en la parte superior de la pieza de extensión, no podrán desplegarse. Un salto rápido de la sarta de perforación (es decir, una retracción y avance corto y pronunciado), preferiblemente combinado con un giro parcial rápido de la sarta de perforación, volverá a colocar el tubo interior con los elementos de bloqueo desplegados junto a la pieza de extensión.

Por el contrario, el mecanismo patentado Roller Latch tiene autobloqueo en rotación. Como los rodillos se despliegan centrífugamente, si hay algún movimiento relativo de rotación con la sarta de perforación, los rodillos se acuñan entre el acoplamiento de bloqueo y la caja retráctil para garantizar que el conjunto del cabezal siempre se impulse con la sarta de perforación.

Esta acción de autobloqueo proporciona un aumento significativo en la vida útil y la confiabilidad del anillo de tope, el hombro de tope, los rodillos del elemento de bloqueo y el asiento del conector del elemento de bloqueo.

Conexión de la Sarta de Perforación

Los acoplamientos de bloqueo incluyen una rosca de tubo exterior macho y una conexión de rosca hembra para la barra de perforación con cable, para acoplarse directamente a la sarta de perforación.

El tubo exterior es significativamente más grueso y más rígido que las barras de perforación, y se estabiliza mediante la broca, la carcasa de escariado y las almohadillas de desgaste del acoplamiento de bloqueo. Por el contrario, la cuerda de la barra de perforación sólo es soportada por la formación, y está sujeta a una carga dinámica significativa como resultado de la perforación de cargas, vibraciones y armónicos del sistema.

Como tal, la conexión de acoplamiento de bloqueo es crítica para el rendimiento en condiciones de perforación exigentes, en donde el material tratado con calor recientemente mejorado proporciona resistencia y resistencia al desgaste.

Las uniones de varilla de perforación con cable Q y RQ ™ patentadas de Boart Longyear utilizan roscas cónicas para facilitar la fabricación y la rotura, y presentan formas de rosca diseñadas, un ajuste de interferencia preciso y una combinación única de tratamientos térmicos para maximizar la resistencia de la carga y la resistencia al desgaste.

Boart Longyear produce estas conexiones de rosca de precisión en sus instalaciones y de acuerdo con los exigentes estándares mundiales y controladas por un sistema maestro de medición patentado.

Como es bien sabido en toda la industria de la perforación con cable, para evitar fallas en las uniones, nunca mezcle barras, acoplamientos o adaptadores originales Boart Longyear con productos producidos por terceros sin licencia.

¿Listo para dar un vistazo a las barras de Boart Longyear?

 

Este artículo apareció originalmente en la Revista Coring.

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Chris Drenth

CONOZCA AL AUTOR Chris Drenth Como director de ingeniería de Boart Longyear para herramientas de rendimiento, Chris Drenth ha desempeñado un papel decisivo en el diseño y la innovación de herramientas de perforación y exploración con cable de exploración mineral durante más de 25 años. Es un inventor nombrado en más de 25 patentes para las que Boart Longyear ha buscado protección. Como colaborador e innovador respetado y valorado en la industria, Drenth también es conocido por ser mentor de jóvenes talentos dentro de Boart Longyear. Con un récord de logros en el desarrollo de productos innovadores y el liderazgo en ingeniería, Chris ha desarrollado y liderado con éxito un equipo de ingeniería global centrado en la oferta de 'Herramientas de rendimiento' de Boart Longyear para perforación de exploración y producción. Chris recibió un "Bachillerato en Ciencias en Ingeniería Mecánica con honores", de la Universidad de Queen, y recientemente recibió el "Premio a la Innovación 2017" de la revista Mining. Chris también recibió el "Utah Genius Award" como uno de los diez principales candidatos a patentes en 2011. Chris actualmente dirige los equipos de Ingeniería de Diseño de "Performance Tooling" en Mississauga, Ontario; Wuxi, China; y en Salt Lake City, Utah. Chris es ingeniero mecánico con más de 20 años de experiencia internacional en ingeniería relacionada con equipos y herramientas de minería y perforación.

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