El martillo de perforación es una herramienta de impacto diseñada para liberar componentes del Ensamblaje de Fondo (BHA) cuando quedan atrapados por pegas mecánicas o por presión diferencial. A diferencia de un amortiguador, que disipa energía, el martillo la acumula y la libera de forma explosiva.
1. Principio de Funcionamiento: La Física del Impacto
El martillo opera bajo el principio de almacenamiento de energía elástica. Al aplicar una carga desde la superficie (tensión o compresión), la tubería de perforación se estira o se comprime como un resorte gigante.
* Mecanismo de Retraso (Delay): Los martillos hidráulicos poseen un sistema de cámaras de aceite y orificios de restricción. Cuando se aplica fuerza, el mandril interno se mueve lentamente a través de una sección estrecha (etapa de retraso), permitiendo que el operador acumule la energía deseada en la sarta.
* La Liberación y el Impacto: Una vez que el mandril alcanza la sección de mayor diámetro (sección de disparo), la resistencia hidráulica desaparece súbitamente. La tubería se contrae o expande violentamente, acelerando el mandril hasta que su martillo golpea contra el yunque, generando una onda de choque masiva que se transmite al punto de pega.
2. Tipos de Martillos según su Mecanismo
* Martillos Hidráulicos: El tiempo de disparo depende de la magnitud de la fuerza aplicada; a mayor tensión, más rápido es el disparo. Son versátiles pero sensibles a la temperatura del lodo (que afecta la viscosidad del aceite interno).
* Martillos Mecánicos: Utilizan un sistema de pestillos o resortes calibrados. No disparan hasta que se alcanza una carga específica preestablecida en superficie. Son ideales para pozos donde se temen disparos accidentales por movimientos de la sarta.
* Martillos Hidra-Mecánicos: Combinan ambos principios para ofrecer seguridad mecánica y versatilidad hidráulica.
3. Ingeniería de Colocación (Jar Placement)
La eficacia de un martillo no depende de su tamaño, sino de su ubicación estratégica en el BHA. Un martillo mal colocado puede ser inútil o, peor aún, dañino.
El Concepto del Punto Neutro
Nunca se debe colocar un martillo en el Punto Neutro (donde la fuerza cambia de tensión a compresión).
* Riesgo: Si el martillo queda en el punto neutro durante la perforación normal, las vibraciones y los cambios de peso harán que la herramienta se "abra y cierre" constantemente (chattering), destruyendo los sellos internos y causando un disparo accidental que puede partir la sarta.
* Margen de Seguridad: Se recomienda que el martillo esté al menos un 10-15% por encima o por debajo del punto neutro calculado para el peso sobre la mecha (WOB) máximo previsto.
Masa de Impacto y Aceleración
Para que el impacto sea efectivo, el martillo necesita masa arriba de él. Generalmente, se colocan secciones de HWDP (Heavy Weight Drill Pipe) o Portamechas sobre el martillo. Esta masa actúa como el "martillo" físico que golpeará el "clavo" (la tubería pegada).
4. Cálculos Críticos para la Operación
Un ingeniero de perforación debe dominar los siguientes cálculos antes de activar la herramienta:
* Fuerza de Apertura por Bomba (Pump Open Force): La presión de circulación del lodo tiende a empujar el mandril hacia afuera. Si la presión es alta, esta fuerza puede ser de miles de libras. Se debe restar este valor al peso aplicado en superficie para no sobrecargar el mecanismo de disparo hacia arriba.
* Límite de Tensión de la Tubería: Nunca se debe aplicar una tensión para disparar el martillo que exceda el 80% del límite de elasticidad de la conexión más débil de la sarta.
* Peso de Disparo (Trip Force): Es la carga neta requerida para vencer la resistencia del martillo después de compensar el arrastre (drag) del pozo y la flotación del lodo.
5. Recomendaciones Operativas para Profesionales
* Inspección Previa: Verificar siempre las horas de uso y la temperatura máxima soportada por los sellos antes de bajar la herramienta.
* Uso de Aceleradores: En pozos someros, donde la sarta es corta y no tiene suficiente "estiramiento" para acumular energía, es obligatorio usar un Acelerador de Martillo. Este dispositivo actúa como un resorte adicional justo encima de la masa de impacto, duplicando la potencia del golpe.
* Posicionamiento en Pozos Direccionales: En pozos de alto ángulo, el martillo suele colocarse en tensión para evitar que el peso de la sarta lo dispare accidentalmente mientras se desliza con el motor de fondo.
