Perforación direccional

La perforación direccional , también conocida como perforación direccional horizontal ( HDD ), es un método sin zanja de impacto mínimo para instalar servicios subterráneos como tuberías, conductos o cables en un arco o radio relativamente poco profundo a lo largo de un camino subterráneo prescrito utilizando una plataforma de perforación lanzada desde la superficie. La perforación direccional ofrece importantes ventajas ambientales en comparación con las instalaciones tradicionales de tuberías/servicios públicos de corte y cobertura. La técnica se utiliza rutinariamente cuando la excavación o zanjeo convencional no es práctica o cuando se requiere una alteración mínima de la superficie. ^[1]

Aunque a menudo se utilizan indistintamente, los términos perforación direccional y perforación direccional horizontal son distintos en el sentido de que transmiten un sentido de escala diferente. El término "perforación direccional" o "perforación" generalmente se reserva para plataformas de perforación de tamaño pequeño o mini, perforaciones de diámetro pequeño y longitudes de cruce en términos de cientos de pies. En general, el término perforación direccional horizontal (HDD) tiene como objetivo describir plataformas de perforación de tamaño grande o maxi, perforaciones de diámetro grande y longitudes de cruce en términos de miles de pies. La perforación direccional y la HDD son similares en algunos aspectos a la perforación direccional asociada con la industria petrolera, sin embargo, no se puede establecer una comparación igualitaria ya que los procedimientos cumplen funciones marcadamente diferentes. La perforación direccional se puede utilizar con varios materiales de tubería, como PVC , polietileno , polipropileno , hierro dúctil y acero, siempre que las propiedades de la tubería (espesor de la pared y resistencia del material) permitan que se instale y opere (si corresponde) bajo límites de tensión aceptables. ^[2]

La perforación direccional o HDD generalmente se realiza en tres fases principales. Primero, se perfora un orificio piloto de diámetro pequeño a lo largo de una trayectoria direccional desde un punto de la superficie a otro. A continuación, el orificio creado durante la perforación del orificio piloto se agranda hasta un diámetro que facilitará la instalación de la tubería deseada. Por último, la tubería se introduce en el orificio agrandado, creando así un segmento continuo de tubería subterránea expuesta solo en los dos puntos finales iniciales. La perforación direccional se puede utilizar para cruzar cualquier cantidad de obstáculos superficiales, incluidas carreteras, ferrocarriles, humedales y cuerpos de agua de diferentes tamaños y profundidades. ^[3]

El proceso es adecuado para una variedad de condiciones del suelo, incluidas arcilla, limo, arena y roca. Las condiciones problemáticas del suelo incluyen un gran contenido de grano en forma de grava gruesa, guijarros y cantos rodados. Otras condiciones del subsuelo que pueden afectar la viabilidad de la perforación direccional incluyen la excesiva resistencia y abrasividad de la roca, la mala calidad de la roca y la roca que presenta características kársticas . ^[4]

El equipo utilizado en la perforación direccional depende de la longitud del cruce (propuesto), de las propiedades de la tubería (de la tubería que se va a instalar) y de las condiciones (previstas) del subsuelo. ^{[ cita requerida ]}

Para cruces más largos y desafiantes, se pueden utilizar perforadoras montadas en remolques de tractor capaces de 1.320.000 libras (fuerza de empuje/retracción) y 150.000 pies-libras (fuerza rotatoria) [600 toneladas - 204.000 millas náuticas]. Estas unidades se utilizan junto con un recuperador de fluido de perforación , una o más bombas de alto volumen, una excavadora (o equipo comparable para manejar tuberías de perforación), junto con una variedad de otros equipos auxiliares (por ejemplo, tanques de agua, contenedores de desechos, etc.) para facilitar las operaciones típicas. ^{[ cita requerida ]}

Para perforaciones más pequeñas, se dispone de equipos proporcionalmente más pequeños y portátiles. Estas unidades pueden tener una capacidad de entre 5000 y 100 000 libras de fuerza de empuje y pueden utilizarse para tender puentes entre el sótano de una casa y una tubería de agua compartida cercana. El agotamiento de fluido asociado con perforaciones más pequeñas también es proporcionalmente menor. En muchos casos, las perforaciones más pequeñas no requieren el uso de fluido de perforación, solo agua, e incluso en perforaciones menos significativas, ningún fluido en absoluto. ^[5]

Las herramientas, como los aparatos mecánicos que se instalan en la columna de perforación para realizar operaciones, están disponibles en una amplia variedad de formas y tamaños. Las herramientas de perforación direccional incluyen el conjunto de brocas o cabezales de perforación utilizados durante las operaciones de perforación piloto, escariadores y abridores de pozos utilizados para agrandar pozos, y herramientas de raspado que se utilizan para acondicionar y retirar pozos. Las herramientas diseñadas para atravesar rocas o formaciones más duras pueden utilizar aleaciones de carburo de tungsteno o diamante policristalino (PCD). Por el contrario, las herramientas diseñadas para atravesar suelos blandos pueden estar limitadas al acero con alto contenido de carbono (fresado a la forma y el tamaño deseados). La metodología de avance también varía un poco entre los cruces de suelo y roca. El avance de las herramientas dentro de suelos sueltos no cementados se logra en gran medida mediante excavación hidráulica. Es decir, el suelo se corta y/o se retira bajo la influencia de un fluido a alta presión. Dentro de las formaciones rocosas, la excavación hidráulica todavía se lleva a cabo en cierto grado (evacuación de escombros), pero la mayor parte del corte y la ruptura del material se debe al trabajo mecánico que realiza la propia herramienta. ^{[ cita requerida ]}

La perforación direccional se utiliza para instalar infraestructuras como conductos de cables de telecomunicaciones y electricidad, líneas de agua, líneas de alcantarillado, líneas de gas, líneas de petróleo, tuberías de productos y revestimientos de remediación ambiental . Se utiliza para cruzar vías fluviales, carreteras, accesos a la costa, áreas congestionadas, áreas ambientalmente sensibles y áreas donde otros métodos son más costosos o no son posibles. Se utiliza en lugar de otras técnicas para proporcionar menos interrupciones del tráfico, menor costo, instalación más profunda y/o más larga, sin pozo de acceso, tiempos de finalización más cortos, capacidades direccionales y seguridad ambiental. ^{[ cita requerida ]}

La técnica tiene un uso extensivo en áreas urbanas para el desarrollo de servicios públicos subterráneos, ya que ayuda a evitar la construcción de zanjas extensas a cielo abierto. El uso requiere que el operador tenga información completa sobre los servicios públicos existentes para que pueda planificar la alineación y evitar dañarlos. Dado que la perforación sin control puede provocar daños, las diferentes agencias/autoridades gubernamentales propietarias de los derechos de paso urbanos o de los servicios públicos tienen reglas para la ejecución segura de los trabajos. Para la estandarización de las técnicas, diferentes organizaciones que promueven la tecnología sin zanjas han desarrollado pautas para esta técnica. ^{[ cita requerida ]}

El proceso comienza con el pozo de recepción y los pozos de entrada. Estos pozos permitirán que el fluido de perforación se recoja y recupere para reducir costos y evitar desperdicios. La primera etapa perfora un pozo piloto en la trayectoria diseñada y la segunda etapa (escariado) agranda el pozo al pasar una herramienta de corte más grande conocida como escariador posterior. El diámetro del escariador depende del tamaño de la tubería que se va a extraer a través del pozo. El perforador aumenta el diámetro de acuerdo con el diámetro exterior del conducto y para lograr una producción óptima. La tercera etapa coloca el producto o la tubería de revestimiento en el pozo agrandado a través del vástago de perforación; se tira detrás del escariador para permitir centrar la tubería en la trayectoria recién escariada. ^{[ cita requerida ]}

La perforación direccional horizontal se realiza con la ayuda de un fluido viscoso conocido como fluido de perforación . Es una mezcla de agua y, por lo general, bentonita o polímero que se bombea continuamente al cabezal de corte o la broca para facilitar la eliminación de los recortes, estabilizar el pozo, enfriar el cabezal de corte y lubricar el paso de la tubería del producto. El fluido de perforación se envía a una máquina llamada recuperador que elimina los recortes de perforación y mantiene la viscosidad adecuada del fluido. El fluido de perforación mantiene los recortes en suspensión para evitar que obstruyan el pozo. Un pozo obstruido crea contrapresión en el cabezal de corte, lo que ralentiza la producción. ^{[ cita requerida ]}

La ubicación y la orientación del cabezal de perforación son una parte importante de la operación de perforación, ya que el cabezal de perforación se encuentra bajo tierra durante la perforación y, en la mayoría de los casos, no es visible desde la superficie del suelo. La perforación sin control o sin guía puede provocar una destrucción sustancial, que se puede eliminar ubicando y guiando adecuadamente el cabezal de perforación. ^{[ cita requerida ]}

Hay tres tipos de equipos de localización para ubicar el cabezal de perforación: el sistema de localización mediante caminador , el sistema de localización mediante cable y la perforación guiada por giroscopio, donde un sistema de navegación inercial completo se ubica cerca del cabezal de perforación.

• Sistema de localización por encima del suelo: una sonda o transmisor ubicado detrás del cabezal de perforación registra datos de ángulo, rotación, dirección y temperatura. Esta información se codifica en una señal electromagnética y se transmite a través del suelo hasta la superficie en un sistema por encima del suelo. En la superficie, se coloca manualmente un receptor (normalmente un localizador portátil ) sobre la sonda, se decodifica la señal y se transmiten las instrucciones de dirección al operador de la máquina perforadora.
• Sistema de localización por cable: el sistema por cable es un sistema de guía magnética. Con un sistema de guía magnética (MGS), la herramienta lee la inclinación y el acimut. El MGS también tiene un medio secundario de verificación de ubicación que utiliza rejillas de alambre colocadas sobre la superficie del suelo. Es el único sistema que tiene la capacidad de verificar la ubicación. Esta información se transmite a través del cable instalado dentro de la sarta de perforación. En la superficie, el navegador en la cabina de perforación realiza los cálculos necesarios para confirmar que se han cumplido los parámetros. El MGS, incluso sin el uso de la rejilla de alambre, ha sido preciso a más de 2 km con una precisión del 2% en profundidad. El operador del MGS se comunica con el perforador y lo guía hacia una ruta de perforación predeterminada.
• Sistema de localización basado en giroscopios: el sistema basado en giroscopios es completamente autónomo y, por lo tanto, uno de los sistemas más precisos cuando se dispone de un diámetro suficiente (200 mm) y se deben recorrer grandes distancias (hasta 2 km) con una desviación mínima (menos de 1 m de error de posición). Actualmente, la profundidad real no se puede verificar sin el uso de bobinas de superficie, un transpondedor cercano a la superficie o una sonda utilizada en sistemas de paso.

Los tres sistemas tienen sus propios méritos y se elige un sistema en particular dependiendo de los requisitos del sitio. ^{[ cita requerida ]}

• Tecnología sin zanjas
• Perforación neumática subterránea

• PR-277-144507-Z01 Instalación de tuberías mediante perforación direccional horizontal, una guía de diseño de ingeniería , preparada bajo el patrocinio del Comité de investigación de tuberías de la Asociación Americana del Gas, 15 de abril de 1995, revisada bajo el patrocinio del Consejo Internacional de Investigación de Tuberías, Inc., 2015.
• Comité de trabajo de directrices de diseño de HDD del Comité técnico sobre instalación de tuberías sin zanjas (TIPS) de la División de tuberías de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles. Diseño de tuberías para instalación mediante perforación direccional horizontal - Manuales e informes de prácticas de ingeniería (MOP) de la ASCE n.º 108 : manual de prácticas de la ASCE. Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles, 2005. Reston, VA. ISBN 978-0-7844-0804-9 
• Skonberg, Eric R. y Tennyson M. Muindi. Diseño de tuberías para instalación mediante perforación direccional horizontal - Manuales e informes de prácticas de ingeniería (MOP) de la ASCE n.º 108 (segunda edición). Reston, Virginia: Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles, 2014. ISBN 978-0-784413-50-0 
• ASME, Geohazards, Planning, Design, Construction and Operations de tuberías , segunda edición de Diseño geoambiental de tuberías y gestión de geohazards, NY: Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, 2019. ISBN 978-0791861790 
• Willoughby, David (2005). Perforación direccional horizontal , pág. 1-263. Mcgraw-Hill, Nueva York. ISBN 0-07-145473-X . 
• Short, Jim (1993). Introducción a la perforación direccional y horizontal , pág. 1-222. PennWell Books, Tulsa, Oklahoma. ISBN 0-87814-395-5 . 
• v. Hinueber, Edgar (iMAR Navigation) (2006). Guía de perforación más precisa mediante estimación de posición utilizando giroscopios ópticos de alta precisión , Actas de la Conferencia NoDig sobre perforación direccional horizontal, Brisbane, 2006.
• Rizkalla, Moness. Diseño geoambiental de tuberías y gestión de riesgos geológicos. Nueva York, NY: ASME, 2008. ISBN 978-0-791802-81-6 

• La ventaja del mandrilado direccional Archivado el 16 de agosto de 2022 en Wayback Machine describe las técnicas utilizadas, con diagramas.
• Directional Boring proporciona ejemplos de los seis tipos de servicios públicos instalados mediante el método de perforación direccional.
• Directional Boring proporciona detalles sobre los distintos tipos de máquinas perforadoras direccionales horizontales disponibles.

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