1. Introducción
La Perforación Horizontal Dirigida, (PHD) es una técnica que requiere coordinar equipos, herramientas, fluidos, sistemas de navegación y tuberías en una secuencia constructiva previamente definida. El documento (Pintó Bascompte, 2025) organiza esta secuencia en torno a tres operaciones principales: perforación piloto, ensanche del túnel y pull back, o tiro de la tubería.
El proceso comienza con la preparación adecuada del emplazamiento y la adopción de las medidas de seguridad y protección medioambiental correspondientes. Después, se ejecuta la perforación piloto siguiendo el trazado establecido, se amplía el diámetro del túnel mediante una o varias operaciones de ensanche y, finalmente, se introduce la tubería. Cada etapa utiliza herramientas y parámetros específicos, pero todas forman parte de una misma operación constructiva.
El éxito de la ejecución depende de mantener bajo control la trayectoria, las condiciones del terreno, el fluido de perforación, las fuerzas de tiro y el comportamiento de la tubería. La guía también considera la comunicación entre los distintos puestos de trabajo, la gestión de residuos y de fluidos y la limpieza final del emplazamiento como componentes de la ejecución de la obra.
2. Seguridad durante la ejecución
La PHD presenta riesgos asociados tanto a la maquinaria como a las condiciones generadas por la propia perforación. Entre los peligros identificados en la guía figuran el deslizamiento provocado por el mud de perforación y el riesgo para las vías respiratorias debido al polvo de bentonita. También se consideran la manipulación de cargas suspendidas, los varillajes y los escariadores, así como los trabajos en superficies inclinadas.
Las conexiones del ensamblaje de perforación pueden estar sometidas a pares elevados durante las operaciones de apriete y aflojamiento. La guía también presta atención a la comunicación entre la cabina de control, la zona de la máquina perforadora y el lugar donde se ubica la tubería. Esta comunicación permite coordinar las operaciones que se llevan a cabo simultáneamente en distintos puntos de la obra.
La seguridad debe mantenerse durante toda la ejecución. La identificación de los servicios existentes, las infraestructuras enterradas, los accesos, los edificios próximos y otros elementos del entorno forma parte de la información necesaria para trabajar de manera controlada. También deben considerarse las posibles municiones o artefactos explosivos sin detonar presentes en la zona de trabajo.
3. Protección medioambiental
La ejecución de una PHD genera materiales excavados y fluidos que deben gestionarse adecuadamente. El procedimiento para la eliminación de detritus y del fluido de perforación debe estar definido en la planificación de la obra. Durante la perforación se controlan el volumen de detritus, el fluido y las condiciones hidráulicas en el túnel.
La protección del terreno comienza durante la instalación y continúa hasta la restitución final del emplazamiento. Las capas de terreno retiradas deben conservarse adecuadamente y, cuando sea necesario, separarse para permitir su restitución posterior conforme a su disposición original.
Los posibles derrames de aceites, gasóleos o grasas requieren medidas específicas. La zona de trabajo debe disponer de medios para absorber estos productos en caso de derrames imprevistos. El almacenamiento y la manipulación del fluido de perforación también deben realizarse de manera que se reduzcan los riesgos de contaminación.
4. Instalación de la obra
La instalación de los equipos debe realizarse conforme a la disposición prevista para el proyecto. La perforadora, los equipos auxiliares, las zonas destinadas al fluido de perforación y los espacios necesarios para preparar la tubería deben organizarse de modo que permitan ejecutar las distintas operaciones con seguridad.
Para instalaciones de mayor tamaño puede ser necesaria una grúa móvil con capacidad suficiente para manipular los equipos. La existencia de accesos adecuados y de una zona de trabajo segura condiciona la instalación. También deben excavarse y asegurarse las catas destinadas al mud.
La preparación del emplazamiento incluye las conexiones de suministro externo y la coordinación de las comunicaciones necesarias para responder a posibles emergencias. De este modo, la instalación constituye la primera fase física de la ejecución y prepara las condiciones para iniciar la perforación.
5. Perforación piloto
La perforación piloto constituye la primera de las tres operaciones básicas de una PHD. Durante esta fase, un cabezal de perforación se desplaza a lo largo del trazado previsto mientras la perforadora permanece en superficie. La fuerza de tiro y el par generados por la máquina se transmiten al cabezal a través de las varillas.
El primer conjunto ubicado dentro del túnel se denomina BHA (Bottom Hole Assembly). Según la guía, está formado por el tricono de perforación, el bent sub o adaptador inclinado y las varillas no magnéticas.
El conjunto se introduce en el terreno con el ángulo de entrada previamente establecido. El fluido de perforación, constituido por una suspensión de agua y bentonita, circula por el interior de las varillas hasta las boquillas del tricono, desde donde sale a presión. Parte del suelo disgregado se desplaza, mientras que la mayor parte es transportada hacia la superficie por el fluido que circula en el espacio anular.
La perforación avanza mediante la incorporación sucesiva de varillas. Cada nueva varilla permite prolongar el ensamblaje y continuar la trayectoria hasta que el cabezal alcance la cata de destino. La precisión alcanzada en esta fase condiciona las operaciones posteriores.
6. Herramientas para la perforación piloto
La herramienta utilizada depende de las características del terreno. Para terrenos suaves y sueltos se emplea el Jet Bit o tricono jet. Su funcionamiento se basa en la acción hidráulica del fluido que sale por las boquillas y actúa sobre el terreno situado delante de la herramienta.
Los triconos jet roller actúan sobre la roca mediante elementos mecánicos. Su configuración incluye brazos, asientos de los jets, rodillos y cojinetes. La guía relaciona estos elementos con la codificación IADC de las herramientas de perforación.
Para formaciones más duras se utilizan motores de lodos que proporcionan el par necesario. El control direccional se consigue mediante una varilla corta y angular, el bent sub, situada entre el ensamblaje y el motor. Para rocas densas y muy duras se contemplan herramientas con insertos de metal duro TCI.
7. Ensanche de la perforación
Una vez que la perforación piloto ha alcanzado la cata final, el tricono y la sonda se desmontan y se sustituyen por un escariador. Su finalidad es aumentar el diámetro del túnel hasta alcanzar las dimensiones requeridas. El diámetro final puede obtenerse mediante varias pasadas de ensanche.
La herramienta se selecciona según el terreno. En terrenos blandos se utilizan fly cutters; en terrenos de dureza media y alta, se emplean barrel reamers y, en formaciones rocosas, hole openers. Durante el escariado se tira de la herramienta hacia atrás mientras gira y se inyecta fluido de perforación.
Los Barrel Reamers presentan un cuerpo cilíndrico de acero con forma de barril y boquillas delanteras y traseras. Los Fly-Cutters tienen una configuración abierta formada por un anillo de corte conectado a una varilla central mediante varios puntales. Las boquillas pueden encontrarse en el anillo o en los puntales.
La herramienta de ensanche debe mantenerse alineada con el túnel previamente perforado. Para ello pueden utilizarse estabilizadores y centralizadores. El procedimiento convencional es el back reaming, en el que el escariador se tira desde el lado de la tubería hacia la máquina. También puede emplearse el push reaming, en el que el escariador se empuja desde la máquina hacia el terreno.
8. El fluido de perforación
El fluido de perforación es uno de los elementos técnicos principales de la PHD. La guía establece controles para la densidad, la viscosidad, el pH, el volumen de circulación y el contenido de sólidos.
Para un fluido compuesto por agua y bentonita, la densidad indicada se sitúa entre 1,02 y 1,06 g/cm³. En el fluido de retorno se establece un máximo del 30 % de sólidos en suspensión.
La viscosidad se controla mediante el Marsh Funnel. Para terrenos arcillosos se indican valores de 30 a 40 segundos; para arena cohesiva, de 35 a 40 segundos; para arena no cohesiva, de 45 a 60 segundos; para arena gruesa, de 60 a 80 segundos; y para grava gruesa, valores superiores a 80 segundos.
El pH de la bentonita debe situarse entre 8 y 10. El volumen de circulación, expresado en litros por minuto, debe controlarse y registrarse continuamente. Este registro permite detectar pérdidas o disminuciones del fluido durante la ejecución.
El retorno continuo del lodo permite controlar las condiciones hidráulicas del túnel. La guía relaciona la prevención de presiones excesivas con el mantenimiento del espacio anular, el aumento de la cobertura cuando sea necesario, la ejecución de perforaciones o catas destinadas a aliviar la presión, la adaptación del lodo a la geología y el control permanente de la presión y del retorno.
También deben controlarse la velocidad de perforación y las condiciones de limpieza. Después de intervalos de espera, puede ser necesario hacer girar la sarta para romper la estructura de gel del lodo. Cuando se registran intervalos prolongados, se contempla la limpieza del túnel y la eliminación de detritus.
9. Sistemas de localización y navegación
La localización del cabezal permite controlar su posición respecto al trazado previsto. La guía distingue tres sistemas: Walk-Over, Wire-Line y brújula giroscópica.
El sistema Walk-Over se utiliza en equipos de perforación de menor tamaño. Un sensor situado detrás del cabezal proporciona información sobre su posición bajo tierra y permite seguir la evolución de la trayectoria.
El sistema Wire-Line utiliza una sonda situada en el ensamblaje y conectada mediante un cable. La posición se determina mediante el campo magnético terrestre y la gravedad. La información se transmite a la cabina de control, lo que permite controlar la trayectoria durante la perforación.
La brújula giroscópica constituye otro sistema de navegación contemplado en la guía. En perforaciones de gran longitud se emplean sistemas especiales. Uno de ellos es la perforación por intersección, en la que se inicia la perforación desde ambos lados y se alinean las dos trayectorias hasta que se produce el encuentro de los BHA.
La guía registra un récord de 5,2 km en el puerto de Hong Kong asociado a este tipo de sistema. También presenta navegación paralela mediante un anillo externo parcial.
10. Construcción y preparación de la tubería
La tubería debe prepararse antes del pull back. El documento contempla cuatro materiales principales: acero, hierro fundido dúctil, polietileno y polipropileno.
Las tuberías de acero se utilizan principalmente para transportar gases y líquidos a alta presión. El hierro fundido dúctil se emplea para el agua potable y el agua residual, especialmente el residual agresivo. El polietileno y el PEAD se extruyen y suministran en longitudes continuas, limitadas principalmente por las capacidades de transporte.
Durante la preparación deben considerarse los rodillos de enfilado, el posible estirado del tubo sin rodillos y la sobretorsión. La tubería debe quedar preparada para que el tiro pueda realizarse sin introducir esfuerzos no previstos en la conducción.
El tubo preparado para el pull back se coloca normalmente sobre rodillos. Estos facilitan su desplazamiento durante el tiro y permiten controlar su posición antes de entrar en el túnel.
11. Pull back o tiro de la tubería
Una vez preparado el túnel, comienza la operación de pull back. La tubería se conecta al conjunto de perforación y se arrastra hacia la máquina mientras el escariador sigue girando.
La conexión se realiza mediante un sistema antigiro, denominado swivel, y una conexión universal. El swivel permite transmitir la fuerza de tiro sin transmitir al tubo el par de rotación generado por la herramienta.
El control de esta operación incluye el registro de los parámetros del pull back y la detección de las fuerzas de tiro. La guía incorpora estos datos en la documentación que debe aportar el contratista.
12. Sobretorsión y comportamiento de la tubería
La geometría de salida condiciona la disposición de la tubería durante el pull back. El documento dedica un apartado específico a la sobretorsión y a los elementos empleados para preparar el tubo. Entre ellos figuran los rodillos, las placas deslizadoras y las condiciones de tiro, con o sin rodillos.
El comportamiento de la tubería dentro de la perforación también depende de su interacción con el fluido. La guía expresa esta condición mediante dos situaciones: cuando E < P, el tubo arrastra por el fondo del microtúnel; cuando E > P, arrastra por la parte superior. El documento relaciona estas condiciones con el cálculo de la suspensión.
La preparación de la tubería debe considerar simultáneamente las fuerzas de tracción y de torsión, así como su comportamiento en el túnel. Por ello, las tensiones de la tubería, las fuerzas de tiro y la torsión forman parte de los datos que deben definirse y controlarse durante el proyecto.
13. Cementación y control de fugas de lodo
El espacio anular entre la pared del túnel y la tubería principal debe cementarse cuando exista riesgo de asentamiento o drenaje, o cuando exista una diferencia importante de altura entre la entrada y la salida. La guía menciona, como ejemplos, los cruces de líneas ferroviarias y de diques.
Durante la cementación debe rellenarse completamente el espacio anular. Los materiales de aislamiento deben mantenerse en contacto con la pared del túnel sin retroceso, manteniendo las condiciones requeridas en el espacio existente alrededor de la conducción.
Las fugas de lodo requieren un control continuo, ya que alteran las condiciones hidráulicas del túnel. Su prevención se relaciona con la presión, el retorno del fluido, la velocidad de perforación, la limpieza del anular y la adaptación del fluido a las condiciones geológicas.
14. Limpieza y restitución de la obra
Una vez finalizada la instalación, la obra debe limpiarse y quedar lista para su aceptación o recuperación. La guía contempla la limpieza de la máquina, el engrase de las varillas y la protección de sus roscas.
También deben desmontarse los mecanismos e instalaciones auxiliares, retirarse las líneas de suministro externo y eliminarse los residuos del fluido de perforación y otros residuos selectivos. Las instalaciones retiradas temporalmente deben restituirse y los accesos repararse.
La actuación final consiste en dejar el emplazamiento en condiciones adecuadas para su aceptación por el propietario o sus representantes legales.
15. Lectura integrada del proceso de ejecución
La PHD debe estudiarse como una secuencia en la que cada operación prepara la siguiente. La perforación piloto establece la trayectoria; el ensanche transforma esa trayectoria en un túnel con el diámetro requerido; y el pull back utiliza ese túnel para introducir la tubería.
Las herramientas se seleccionan en función del terreno, mientras que el fluido se controla en función de las condiciones del terreno. La navegación permite conocer la posición del cabezal y mantener la trayectoria. La preparación de la tubería, los rodillos, el control de la sobretorsión y las fuerzas de tiro permiten completar la instalación.
El proceso constructivo concluye con el control de las condiciones finales, la retirada de los equipos, la gestión de residuos y la restitución del emplazamiento. La ejecución de una PHD comprende, por tanto, tanto la creación del túnel como todas las operaciones necesarias para instalar la tubería y devolver la zona a condiciones aceptables.
Referencia:
PINTÓ BASCOMPTE, J.D. (2026). Módulo M7-2 del Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Parte 2.