Tecnología de perforación propulsada por agua: Óptima en cualquier entorno

LKAB Wassara es una compañía sueca que desarrolla y fabrica sistemas de perforación únicos propulsados por agua para un alto rendimiento en operaciones de perforación tanto superficiales como subterráneas. El corazón del sistema de perforación Wassara es su martillo en fondo propulsado por agua, patentado mundialmente.

LKAB Wassara fue fundada en 1988 y es propiedad de la compañía minera sueca LKAB. El objetivo desde el principio ha sido encontrar otras industrias en las que la tecnología de perforación propulsada por agua tenga el mismo beneficio que para LKAB.

En los últimos años, Wassara ha estado construyendo una organización para gestionar la demanda del mercado de nuevas áreas como geotecnia, presas, sondeos y perforación para exploración.

“Ahora tenemos la tecnología, los recursos y las referencias para lograr tener éxito fuera de la industria minera”, dice Kent Boström, gerente de Comunicaciones de Wassara. “Esperamos con confianza que este año sea el comienzo de algo grande. Ahora podemos mostrar varios ejemplos de aplicaciones exigentes donde la perforación propulsada por agua ha sido absolutamente superior a otras tecnologías de perforación”.

Antes, para propulsar los martillos en fondo, LKAB usaba aire, como normalmente en toda la industria minera. Pero esta no es una tecnología de perforación completamente óptima. Buscaban aumentar la precisión ya que la tecnología de entonces proporcionaba una profundidad limitada.

Los barrenos más largos y rectos darían más mineral de hierro por voladura, algo importante para bajar el coste de producción. Además, se necesitaba minimizar el aceite y la cantidad de polvo en suspensión en el aire.

La nueva tecnología significaba usar agua en lugar de aire tanto para alimentar como para lubricar el equipo. La perforación propulsada por agua es hoy en día mejor y más económica que otras tecnologías de perforación. Ha demostrado ser capaz de perforar más recto y profundo, necesitar un menor consumo de energía y producir menos impacto en el medio ambiente.

Para la compañía minera sueca LKAB, esto significa que sus barrenos son ahora dos veces más largos (de 28 a 56 metros) y cada voladura proporciona ocho veces más mineral. 20 años de su uso la han ayudado a ser líder mundial en su mercado, perforando más de 18 millones de metros de barrenos. Todos están muy bien documentados.

Usar agua es óptimo ya que no puede ser comprimida. La cantidad de agua que sale del martillo es la misma que ha alimentado al sistema. La pérdida de presión mínima significa que la potencia no cambia sin importar lo profundo que se esté perforando. La eficiencia de perforación es igualmente alta independientemente de si la profundidad es de 10, 100 ó 1.000 metros.

El uso de agua para la transmisión de potencia también significa que la potencia se transfiere completamente al martillo, lo que permite perforar también barrenos con diámetros más pequeños. Hoy en día, con la propulsión por agua se pueden perforar agujeros con diámetros de 65 a 254 mm.

La presión del agua es de hasta 180 bar, en comparación con 30 para el aire. La diferencia es notable en la frecuencia de golpes. Un martillo Wassara proporciona 3.600 golpes por minuto (60 Hz), mientras que un martillo neumático proporciona 2.000-2.700 golpes por minuto (35-45 Hz).

Cuando se perfora con equipos propulsados por agua, se requieren unos 300 litros de agua por minuto para alimentar el martillo. Como el agua es incompresible, se introducirán justo esos 300 litros de agua en el barreno.

“Para un martillo en fondo del mismo tamaño, pero propulsado por aire, se requieren 24.000 litros de aire por minuto (400 litros por segundo), comprimidos a 30 bar”, dice Kent Boström. “Al salir de la broca, el aire quiere expandirse nuevamente a su volumen original sin compresión, es decir, 720.000 litros".

El aire entonces ganará una velocidad de ascensión de 40-80 metros por segundo en el barreno. El riesgo de bloqueo varía con la formación, pero un barreno bloqueado conducirá rápidamente a un gran volumen de aire, tratando de encontrar una ruta de escape alternativa.

Al perforar en áreas urbanas, los edificios y otras construcciones estarán en riesgo si la formación se presuriza. Por eso, la perforación con agua se prescribe en muchas áreas urbanas y residenciales.

La precisión también fue importante para LKAB cuando se desarrolló la tecnología. Detalles como el agua y la forma del martillo permiten perforar en línea recta y con alta precisión. Varias pruebas indican que la desviación de un pozo es de alrededor del 1-2% en un barreno de 200 metros, comparado con una desviación de aproximadamente 15-20% cuando se perfora con tecnología de aire.

Cuando se perfora con Wassara no se requiere aceite para la lubricación del equipo, por lo que éste no podrá dañar el medio ambiente.

Además, tanto el consumo de energía como las emisiones de CO₂ son significativamente más bajas que cuando se usa aire comprimido:

Para alimentar un martillo en fondo de aire de 6", se requiere un compresor que proporcione 570 l/s a 35 bar; La potencia requerida es de 430 kW. Para alimentar un martillo en fondo de agua de 6", se requiere una bomba de alta presión que proporcione 490 l/min a 200 bar; La potencia requerida es 190 kW.

• Una planta hidroeléctrica de 320 MW

La planta hidroeléctrica Angostura está ubicada a unos 600 km al sur de Santiago, siendo la más grande construida en Chile desde 2004. Un total de 200.000 m³ de hormigón se usaron en su construcción. Tiene una capacidad de generación de 320 MW, suficientes para dar energía a 300.000 hogares. Estas eran las condiciones durante su construcción:

El lecho de roca necesitaba estar protegido del agua, para ello se perforaron taladros de 64 mm y se aplicó grouting (lechada de cemento). El sistema Wassara fue usado también para perforaciones de drenaje con taladros de 100 mm de diámetro; en uno de los sitios perforados para drenar la cortina a lo largo de la presa, se perforaron 3.200 metros en forma descendente y 1.100 metros ascendentes. Por último, la desviación permitida fue establecida en 2% para todo el largo de los taladros y Wassara se centró en alcanzar y superar este requerimiento.

• Perforación de galerías confinadas

Parte de la perforación tuvo lugar en galerías de 2,5 metros de altura. Esta perforación se realizó con taladros en un diámetro de 64 mm lo que fue un poco particular ya que solo había 1,2 metros de espacio libre para operar sobre el equipo de perforación. Los tubos de perforación tenían un 1 metro de largo, lo que no es óptimo para perforación recta. A pesar de esto, Wassara logró cumplir la exactitud en desviación requerida.

• Un cliente satisfecho

Alberto Mukden es el gerente de Producción de la empresa contratista Pilotes Terratest. Él dice: “El sistema Wassara fue muy satisfactorio a lo largo de este proyecto. Hemos sido capaces de cumplir con el objetivo de tener mínima desviación y mejoramos los rangos de producción sin aumentar los costes en consumibles. La perforación libre de polvo y las bajas emisiones de ruido nos dieron un saludable, respetuoso con el medioambiente y confortable ambiente de trabajo dentro de la galería de trabajo”.