SEED Ciencia


Diamantes
El uso de diamantes en las perforaciones de petróleo

Hasta entrado el siglo XX se usó la tecnología de perforación a percusión para perforar pozos de petróleo. Los chinos ya usaban estas herramientas en el año 1100 a.C. y aún son muy utilizadas para las perforaciones de pozos de agua (consulte www.avalon.net/~cmissen/wellsprn/drildesc.htm). Un herramienta de percusión es una varilla con una pieza de metal pesado en la base. Tiene un ciclo de elevación y caída que se repite una y otra vez para ir haciendo cada vez más profundo el hoyo. Con este método, varios hombres trabajando juntos tardaban muchos años para hacer un solo pozo. En la actualidad este trabajo se hace con máquinas con motor.

En los siglos XIX y XX, los avances en la tecnología del acero permitieron inventar trépanos giratorios que podían perforar con rapidez las rocas blandas. Pero aun este tipo de rocas desgasta rápidamente el acero, por lo que los trépanos también suelen estar cubiertos con insertos, o con una capa exterior completa de carburo de tungsteno que si bien es más frágil que el acero, es más resistente a la erosión. Si no resulta suficiente, se agregan diamantes sintéticos. Sin embargo, las rocas más duras sólo se pueden perforar utilizando diamantes reales.

Trépano y sistema de dirección

Trépano y sistema de dirección
Izquierda: Se prepara un trépano y sistema de dirección para la perforación.

Derecha: Los pozos direccionales se realizan para llegar a las reservas de petróleo y gas atravesando las capas de rocas subterráneas.

 

Trépano

Este trépano perfora rocas duras con diamantes naturales incrustados en forma uniforme sobre las aletas de carburo de tungsteno

El diamante, el material más duro conocido por el hombre, es 10 veces más duro que el acero, 2 veces más duro y 10 veces más resistente que el carburo de tungsteno y tiene una fuerza de compresión 20 veces superior a la del granito.

Los geólogos comenzaron a usar los diamantes naturales para perforaciones en el año 1910 aproximadamente, en un trépano sacatestigos hueco que realizaba cortes en forma de rosquillas y sacaba columnas de rocas para ser analizadas. Los diamantes se usaron por primera vez en trépanos abiertos para perforaciones de pozos de petróleo a principios de la década de 1920 y todavía se utilizan mucho en la actualidad. Los trépanos de diamante natural utilizan piedras naturales, no preciosas, de uso industrial que se trituran y procesan para lograr determinados tamaños y formas regulares y redondeadas.

Trépano

Estructura del trépano

Este trépano tiene aletas de carburo de tungsteno con pequeñísimos diamantes incrustados, que le permiten perforar rocas muy duras. Cuando se desgasta el carburo de tungsteno de la superficie de corte, los diamantes gastados caen y dejan paso a otros nuevos.

Un hombre sostiene un inserto de PDC

Este hombre sostiene un inserto de PDC con una pinza.

 

Trépano

Los discos negros en los filos de corte de las aletas de este trépano son insertos de PDC.

 

Los diamantes naturales se forman en lo profundo de la tierra al ser expuestos a calor y presión extremos durante miles de años. A comienzos de 1970, la compañía estadounidense General Electric inventó un proceso para hacer diamantes sintéticos. Consiste en alternar capas delgadas de grafito de carbón y de cobalto en pequeñas latas, someterlas a una presión de 13,733 MPa (2 millones de psi) y llevarlas a una temperatura de 1500 ºC (2732 ºF) durante cinco minutos. Este proceso origina pequeños cristales de diamante sintético que se unen entre sí y se transforman en un compacto de diamante policristalino (PDC, por su sigla en inglés). A diferencia de los diamantes naturales, los cristales individuales son muy pequeños como para cortar roca dura. En cambio, los insertos de PDC se incrustan en los filos de los trépanos y van triturando la roca, como si fuera una lija extremadamente dura.

Muchos trépanos tienen filos para corte y trituración fabricados con una combinación de acero, carburo de tungsteno, PDC y diamante. Existe una amplia gama de combinaciones ideadas para perforar diferentes tipos de rocas.

Trépano

Izquierda: Este trépano "híbrido" tiene insertos de corte de PDC y pernos con incrustaciones de diamantes. También se pueden ver las boquillas entre las aletas en el extremo del trépano. Por estas boquillas se bombea un tipo especial de lodo para refrigerar el trépano, limpiarlo retirando la roca triturada de los filos de corte y subir los detritos por el pozo hasta la superficie donde los geólogos los analizan.

Abajo a la izquierda: Los trépanos cónicos giratorios tienen conos de metal que giran en forma independiente. Cada cono tiene dientes de acero duro, carburo de tungsteno, PDC, diamantes o alguna combinación de ellos.

Abajo a la derecha: Vista lateral de un trépano cónico giratorio en el que pueden observarse los insertos de PDC y diamantes en todas las partes expuestas del trépano, además de los dientes cortantes. Esto permite reducir el desgaste cuando se trabaja con rocas muy abrasivas.

Trépanos Primer plano de una pieza de un trépano

¿Estás buscando más información?