A perfuração em rocha dura não vai "travar"! Três dicas para ajustar os parâmetros do núcleo.
Formações rochosas duras (tipicamente granito, basalto, etc.) possuem alta dureza e tenacidade, impondo requisitos rigorosos à adequação dos parâmetros de perfuração. O ajuste correto da velocidade de rotação, da pressão de perfuração (peso sobre a broca/pressão da broca) e da remoção de detritos (lavagem) é fundamental para melhorar a taxa de penetração e reduzir o desgaste do equipamento. A seguir, explicamos a lógica de ajuste e as regras práticas para perfuração em rocha dura com base nesses três parâmetros principais.
Velocidade de rotação: baixa velocidade para quebra eficaz. Devido à alta dureza das rochas duras, a perfuração normalmente é realizada em baixas velocidades de rotação para que os dentes da broca tenham tempo de contato suficiente para quebrar a rocha. Rochas duras são densas e possuem poucas fraturas naturais; brocas de cone de rolos com dentes precisam pressionar e penetrar na formação ao longo do tempo. Se a velocidade for muito alta, o tempo de contato dos dentes é drasticamente reduzido e eles deslizarão para fora da face da rocha antes que a quebra eficaz ocorra. Essa "fresagem a ar" não apenas deixa de melhorar a penetração, como também acelera o desgaste da broca.
Na prática, as velocidades de rotação para perfuração em rocha dura são normalmente controladas na faixa de 30 a 60 rpm. Por exemplo, ao perfurar granito, aumentar a velocidade para 100 rpm faz com que os dentes deslizem rapidamente pela superfície, produzindo apenas arranhões superficiais sem penetrar na massa rochosa. Reduzir a velocidade para cerca de 40 rpm permite que os dentes permaneçam em contato com a face da rocha e apliquem pressão constante; a ação de cunha e a dureza dos dentes fragmentam progressivamente a rocha, aumentando a eficiência de quebra em mais de 30% e reduzindo significativamente o desgaste da broca.
Pressão de perfuração: aplicar pressão suficiente para vencer a resistência da rocha. Rochas duras geralmente possuem alta resistência à compressão (comumente ≥ 100 MPa), portanto, é necessária uma pressão de perfuração adequada para vencer a resistência e impulsionar os dentes da broca na formação. Pressão insuficiente faz com que os dentes deslizem na superfície, produzindo um efeito de "derrapagem"; uma pressão mais alta e adequada permite que os dentes penetrem nas tensões superficiais, alcancem fissuras internas ou espaços intercristalinos e quebrem a rocha por meio de uma ação combinada de extrusão e cisalhamento.
Na prática da engenharia, a pressão de perfuração em operações em rocha dura é geralmente definida em torno de 3 a 5 MPa. Por exemplo, na mineração de minério duro, se a pressão da broca for de apenas 2 MPa, os dentes não conseguem estabelecer pontos de ruptura eficazes e a taxa de penetração pode ser inferior a 0,5 m/h; o aumento da pressão para 4 MPa permite um engajamento mais profundo dos dentes, ciclos de tensão periódicos para ampliar as fraturas e taxas de penetração de 1,2 a 1,5 m/h, com melhor integridade da rocha fraturada para manuseio posterior.
Remoção de detritos (lavagem): lavagem suficiente para manter a frente de trabalho limpa. Embora os detritos de perfuração em rocha dura sejam relativamente finos, a penetração lenta facilita o acúmulo desses detritos no fundo do furo, criando um ciclo vicioso de "re-britagem" — os detritos compactados impedem o contato da broca com a rocha fresca, aumentam o desgaste e desperdiçam energia na re-britagem dos detritos, reduzindo a eficiência geral. O principal objetivo do ajuste da remoção de detritos é garantir um fluxo adequado de fluido de lavagem para que os detritos sejam removidos prontamente.
Para perfuração em rocha dura, as taxas de fluxo de lavagem são normalmente controladas entre 40 e 80 L/min. Por exemplo, em um projeto de túnel subterrâneo em rocha dura, um fluxo de lavagem inicial de 30 L/min levou a um acúmulo de 5 a 8 cm de detritos no fundo; as brocas precisavam ser substituídas a cada 2 horas e a metragem diária era inferior a 8 m. Após o aumento do fluxo para 60 L/min, o resíduo no fundo foi mantido abaixo de 1 cm, a vida útil da broca se estendeu para além de 8 horas, a metragem diária subiu para 15 a 18 m e os custos de aquisição de brocas caíram cerca de 40% devido à redução do desgaste.
Coordenação de parâmetros: a lógica central dos três em conjunto. O ajuste de parâmetros para perfuração em rocha dura não se resume à otimização isolada de valores individuais, mas sim à correspondência coordenada dos três:
Velocidade de rotação e pressão de perfuração: ao aumentar a pressão de perfuração, mantenha a velocidade baixa para evitar sobrecarga instantânea e falha repentina da broca em condições de alta velocidade/alta pressão.
Pressão de lavagem e perfuração: ao aumentar o fluxo de lavagem, coordene com a pressão de perfuração para evitar que o impacto excessivo da lavagem comprometa a estabilidade da parede do poço.
Somente através da combinação adequada de velocidade, pressão e lavagem é possível alcançar a perfuração de rochas duras com alta eficiência e baixo consumo.
