La perforación diamantina de exploración se utiliza en la industria minera para investigar el contenido de depósitos minerales conocidos y sitios potenciales. Al extraer un núcleo de roca de diámetro pequeño del yacimiento, los geólogos pueden analizar el núcleo mediante un ensayo químico y realizar estudios petrológicos , estructurales y mineralógicos de la roca. También se utiliza a menudo en la industria de la ingeniería geotécnica para realizar pruebas de cimientos junto con métodos de muestreo de suelo. La técnica recibe su nombre de la broca con incrustaciones de diamante que se utiliza.
A menudo se cita a Rodolphe Leschot como el inventor de la primera broca de perforación en 1863. [1] Las primeras perforaciones con diamantes abrieron muchas áreas nuevas para la minería de minerales y estuvieron relacionadas con un auge en la exploración de minerales en lugares remotos. Antes de la invención de la perforadora de diamante portátil, la mayor parte de la prospección de minerales se limitaba a encontrar afloramientos en la superficie y excavar a mano. A fines de la década de 1970, General Electric fue pionera en la tecnología de los compactos de diamante policristalino (PDC) como reemplazo de los diamantes naturales en las brocas de perforación. [2]
La perforación diamantina de exploración se diferencia de otras perforaciones geológicas (como la perforación de circulación inversa [3] ) en que se extrae un núcleo sólido de la profundidad para examinarlo en la superficie. La tecnología clave de la perforación diamantina es la propia broca diamantina [4] . Está compuesta por diamantes industriales colocados en una matriz metálica blanda. Como se muestra en la figura, los diamantes están dispersos por toda la matriz y la acción depende de que la matriz se desgaste lentamente durante el proceso de perforación, para exponer más diamantes. La broca está montada sobre un barril sacatestigos, que está unido a la sarta de perforación, que está conectada a una plataforma de perforación rotatoria. Se inyecta lodo de perforación en la tubería de perforación, para lavar los recortes de roca producidos por la broca y también para reducir el calor producido debido a la fricción, lo que provoca un menor desgaste de las brocas [5] . Una broca diamantina real es un asunto complejo, generalmente diseñado para un tipo de roca específico, con muchos canales para el lavado [6] .
El taladro utiliza una broca con incrustaciones de diamante (en la imagen de la derecha) para perforar la roca. El taladro produce un "núcleo" que se fotografía y se parte longitudinalmente. La mitad del núcleo partido se analiza , mientras que la otra mitad se almacena de forma permanente para su uso futuro y para volver a analizarlo si es necesario. Aunque un núcleo de mayor diámetro es el más preferido, es el más caro. Los diámetros y propósitos de los tubos de cable más comunes son NQ (47,6 mm) y HQ (63,5 mm). [7]
El simple avance de la perforadora mediante una acción rotatoria (y el lavado) hace que se extraiga un núcleo del interior del barril, como se muestra. Sin embargo, a una profundidad de quizás 300 m, debe haber una manera de recuperar el núcleo y llevarlo a la superficie. Retirar constantemente toda la pesada tubería de perforación es poco práctico, por lo que se desarrollaron métodos de perforación con cable para extraer el núcleo del interior del barril. [8] Si la roca siempre fuera de granito sólido y el núcleo siempre se rompiera en la broca, entonces sería una cuestión sencilla detener la perforación y bajar un dispositivo de agarre simple con un cable y extraer el núcleo. Desafortunadamente, muchas aplicaciones requieren un núcleo intacto en roca fracturada, lo que requiere dispositivos de cable elaborados.
La fotografía muestra la extracción de un núcleo, utilizando un sistema de cable de triple tubo, capaz de extraer el núcleo en las peores condiciones. [9] Esto es muy importante cuando se exploran zonas de falla como la falla de San Andrés .
Existen cinco tamaños principales de tubos de "línea de cable" que se utilizan normalmente. Los tubos más grandes producen núcleos de roca de mayor diámetro y requieren más potencia de perforación para extraerlos. La elección del tamaño del tubo es una compensación entre el diámetro del núcleo de roca deseado y la profundidad que se puede perforar con un motor de equipo de perforación en particular.
Tamaños de brocas para cables estándar "Q": [10]
