Perforación de pozos: tecnología y matices del trabajo.

Uno de los métodos más productivos y económicos para formar trabajos mineros es la perforación con núcleos. Se utiliza en exploración de minerales y geología de ingeniería.Además, esta es la forma más fácil y rápida de acceder al agua subterránea para organizar el suministro de agua.

En nuestro artículo propuesto aprenderá todo sobre los detalles de la perforación con núcleo, las herramientas necesarias para su implementación y las características de su aplicación.

Ámbito de aplicación de la perforación con núcleo.

La perforación con núcleos es un método que permite determinar con la mayor precisión la profundidad del techo y la base de las capas del suelo, así como el nivel de profundidad del nivel freático.

La tecnología de perforación con núcleo se utiliza ampliamente en las siguientes industrias:

• Abastecimiento de agua en el ámbito industrial y privado. La perforación de pozos para el suministro privado de agua y la organización de la toma de agua para pueblos o manzanas enteras se realiza eficazmente mediante perforación con núcleo, debido a que la perforadora penetra fácilmente a grandes profundidades. La herramienta central es capaz de levantar casi cualquier roca destruida, excepto suelos saturados de agua, sueltos y no cohesivos (arena, grava, guijarros);
• Exploración geológica en la industria minera. Cuando pasa la roca, se produce un efecto puntual en el suelo a lo largo del radio de rotación. En otras palabras, con un proyectil que estructuralmente recuerda a una tubería, se perfora una masa sólida de rocas sin alterar su estructura ni su estado.
• Construcción. Realización de investigaciones geotécnicas para estudiar las propiedades físicas y mecánicas de los suelos y el estado de las rocas. La tecnología Core permite identificar con precisión las aguas subterráneas y tomar muestras de agua para estudiar su agresividad hacia el hormigón.

Durante la perforación con núcleo se extrae un núcleo: una columna de suelo o capas de suelo adyacentes. El núcleo se caracteriza por una sólida estructura natural, lo que garantiza un análisis exhaustivo de la roca estudiada. La perforación con un tubo central permite determinar con la mayor precisión la profundidad de la roca para fines de estudio.

La perforación con núcleo garantiza la integridad del núcleo extraído, lo que contribuye a un estudio de alta calidad de la roca. Al mismo tiempo, se lleva a cabo una limpieza de la más alta calidad del frente de roca destruida.

El uso de una perforadora hueca en la construcción facilita y acelera significativamente los procesos. Se introduce fácilmente un pilote en el orificio preparado con una perforadora o se monta una estructura de hormigón armado ya preparada. La perforación con núcleo le permite crear agujeros cilíndricos en estructuras de ladrillo y hormigón.

Tecnología y equipos de trabajo.

Hay dos métodos conocidos para utilizar una perforadora: trabajar con suministro de líquido al fondo del pozo o trabajar en seco, es decir, sin fluido de perforación.

La perforación sin el uso de fluido de perforación se utiliza si los suelos no cohesivos están saturados con humedad natural en cantidades suficientes para la penetración y extracción. Tampoco se suministra agua al pozo de excavación cuando se avanza a través de margas/arcillas fluidas, plásticas blandas y refractarias, y margas arenosas duras y plásticas.

El líquido debe utilizarse al perforar rocas rocosas y semirocosas.En ausencia de agua, en este caso la profundización se produce mucho más lentamente. Además, la probabilidad de fallo prematuro de la broca aumenta significativamente y, por tanto, la perforación en seco se considera más cara.

La tecnología de perforación con núcleo de pozo con lavado permite no solo extender la vida útil de los equipos de trabajo, sino también la forma más rápida y menos laboriosa de liberar el frente de la roca destruida.

Al perforar con fluido de perforación, la tasa de profundización aumenta significativamente. Muy a menudo, este método se utiliza para perforar pozos de considerable profundidad. Esto permite que el trabajo se complete en el menor tiempo posible con un riesgo mínimo de dañar la corona.

También se suministra agua a alta presión al fondo durante el desarrollo de un pozo en suelos sueltos y no cohesivos, si el muestreo de núcleos no es un problema. En este caso, la cara simplemente se lava con un chorro de agua, liberando el pozo de la mina del suelo destruido.

El principio de la técnica central.

El elemento principal en la perforación con sacanúcleos es una pieza cortante destructiva instalada en la base del tubo sacanúcleo. Lo llaman corona. Para excavar rocas se utilizan coronas especiales equipadas con cortadores de diamante.

Las coronas son elementos cortantes reemplazables que se atornillan al borde inferior del tubo central. Deben cambiarse varias veces durante el proceso de perforación.

Es la broca de diamante la que garantiza el paso prácticamente sin obstáculos de la perforadora a grandes profundidades al perforar tomas de agua en piedra caliza. Es decir, durante el desarrollo de pozos enterrados en un lecho de roca, en cuyas grietas, como resultado de una condensación centenaria, se formaron reservas del agua subterránea más pura.

El cambio de brocas se realiza de la forma más sencilla: retire la pieza desgastada y atornille una broca nueva en el tubo central.

La roca se corta utilizando una barrena que gira a altas velocidades. La velocidad de rotación de la sembradora se puede ajustar dependiendo de la densidad del suelo que se está desarrollando. La corona "corta" el suelo sólo a lo largo del borde de una especie de cilindro, cuya parte central se presiona en el tubo central.

Para extraer el núcleo, se eleva la broca a la superficie. El suelo capturado por él es literalmente expulsado de la perforadora mediante una corriente de aire suministrada a la parte superior de la tubería. El proceso de soplado se acelera golpeando el proyectil con un mazo.

Durante el proceso de perforación con núcleo, un segmento de roca perforado en forma de cono se empuja hacia un tubo de núcleo. Para retirarlo, la herramienta central se retira del barril desmontando la sarta de varillas de perforación. El núcleo se explota y se sale de la tubería.

Al atravesar rocas duras, las perforadoras sacanúcleos tienen mayor productividad que las brocas de matriz y de rodillos. Esto se debe a la alta velocidad de rotación de la broca, que reduce la cantidad de esfuerzo de desarrollo requerido.

Además, los trozos destruyen completamente la roca, que será necesario “sacar” con un achicador o suministrar agua a presión para lavar la cara. De hecho, tendrás que pasar por la misma sección dos, o incluso tres veces: primero destrúyela y luego límpiala. La tecnología central le permite atravesar y despejar la cara de una sola vez.

Máquinas herramienta y equipos de perforación.

La elección de una máquina o equipo de perforación está determinada por el propósito del pozo y su diámetro. La popularidad del método de perforación con núcleo determina la producción de equipos y máquinas de perforación en todo el mundo. Los tractores pesados, los camiones y los vehículos todo terreno son adecuados para las plataformas destinadas a la perforación de exploración.

El uso de tractores de orugas pesados ​​permite la perforación de pozos en áreas con caminos intransitables, superficies inundadas y terrenos inestables.

La mayoría de las veces, el equipo de perforación se monta en automóviles clásicos de las marcas MAZ, KAMAZ y Ural. Sin embargo, existen opciones de instalación para equipos más livianos, que se utilizan para perforar pozos de agua en la construcción privada.

En perforación rotativa manual El tubo central se sustituye por su predecesor histórico: el vidrio. Este proyectil es una versión abreviada de un tubo central con un borde puntiagudo en la suela. El vidrio se atornilla al suelo manualmente o con un taladro motorizado y todo lo que contiene se retira a la superficie.

Se utilizan motores eléctricos y de gasolina para mecanizar la perforación manual de pozos poco profundos y la formación de orificios para instalar cercas y soportes de líneas eléctricas. Imparten movimientos giratorios al sinfín o al tubo central.

Equipos para perforación y disposición de pozos.

Al implementar la perforación con núcleos, se necesita equipo que le permita trabajar en profundidad, desarrollar y extraer una amplia variedad de tipos de rocas. Durante el trabajo se debe asegurar el levantamiento periódico del material destruido por el proyectil a la superficie.

Juego estándar de herramientas de perforación.

Para realizar un trabajo de calidad necesita:

• Conchas centrales. Se utilizan tanto para perforación horizontal como para excavación vertical. Con tubos centrales estándar es posible perforar en un ángulo de hasta 45 grados. Las perforadoras de paredes delgadas se pueden utilizar exclusivamente para perforaciones horizontales sin zanjas al establecer comunicaciones.
• Coronas. Se trata de una herramienta para romper rocas que se acopla a un tubo central para facilitar el corte de núcleos en la roca. Las brocas de latón se utilizan para perforar suelos sedimentarios cohesivos y no cohesivos. Las brocas de carburo con cortadores de diamante se producen para perforar rocas y formar agujeros en paredes de hormigón, asfalto y ladrillo.
• Tuberías de revestimiento de acero. Necesario para revestir la excavación: formar un pozo, que se lleva a cabo simultáneamente con su profundización. Su diámetro es igual al diámetro del pozo. La carcasa para la toma de agua se selecciona de antemano, centrándose en el diámetro de la tubería central y la bomba que se planea utilizar en el pozo.
• Barras. Se trata de tubos estrechos retorcidos entre sí. Se utiliza para extender la sarta de perforación. En pocas palabras, se atornillan alternativamente a la parte superior del tubo central para poder transmitirle el movimiento de rotación a una profundidad mayor que la altura del proyectil. Altura del tubo central + altura de la sarta de perforación = profundidad de excavación.
• Traductores. Necesario para asegurar la unión de conexiones roscadas de diferentes diámetros que están presentes en las barras de perforación, rotadores, lavado de sellos y otros componentes.
• Tapones y sellos de lavado. Con su ayuda, es posible elevar el suelo destruido a la superficie, si no es necesario extraer un núcleo completo. En este caso, se suministra agua a la cara, lavando la tierra destruida bajo presión sobre la superficie del día.
• Cinceles. Se utilizan para profundizar el agujero en los lugares más difíciles de penetrar para una broca hueca. Cuando se utiliza una broca, a veces se pasa de la perforación rotativa a la perforación con percusión de cable.

La herramienta presentada es un conjunto estándar para perforar con tecnología de núcleo.En algunos casos, dependiendo de la complejidad del desarrollo, es posible que se requieran herramientas y equipos adicionales.

Al profundizar la excavación, se atornilla secuencialmente una columna de varillas de perforación a la parte superior del tubo central. Para extraer el proyectil central a la superficie de la columna, se desenrosca la varilla detrás de la varilla.

Características del diseño de la tubería central.

Característica de diseño proyectil durante la perforación con núcleo, se debe a la máxima preservación de la integridad del núcleo y consiste en una disposición en forma de anillo alrededor de un paso libre. Una de las características más importantes es el coeficiente. muestreo de núcleos Se define como la relación entre el diámetro del núcleo y el diámetro exterior de la herramienta.

La herramienta de perforación está estandarizada y se diferencia principalmente sólo en el diámetro. Según las características estructurales, los tubos centrales se clasifican en simples y dobles. Los proyectiles individuales diseñados para operar en condiciones geológicas normales son excelentes para desarrollar pozos de agua.

Una herramienta doble con un tubo interior no giratorio se utiliza únicamente en exploración geológica. Es necesario extraer muestras de rocas que se destruyen fácilmente bajo la influencia de una variedad de factores. Permite tomar una muestra en su composición natural, con un porcentaje natural de minerales y roca estéril.

Una tubería de un solo núcleo se utiliza en el muestreo para investigación geotécnica, exploración geológica y perforación de orificios para instalar soportes de líneas eléctricas.

Todos los tubos centrales están diseñados para el uso de soplado, suministro de fluido de perforación al fondo y limpieza del pozo. Su parte superior está equipada con un orificio tecnológico a través del cual se inyecta agua o una corriente de aire.

Detalles de la parte cortante del proyectil.

Cualquier corona se presenta en forma de anillo con una rosca en la parte superior, necesaria para atornillar al tubo central, y cortadores ubicados en el extremo inferior. Los cortadores pueden ser de fundición sólida o soldados a esta pieza metálica de corte.

Las siguientes brocas se utilizan para la perforación con núcleos:

• Carburo – incisivo fino, acanalado.
• Diamante – impregnado y pequeño diamante.

Los elementos de corte de carburo están diseñados para perforar suelos "blandos". Con su ayuda se perforan todo tipo de rocas arcillosas de cualquier consistencia, rocas semirocosas, arenas de baja humedad y húmedas de densidad densa y media. Para perforar areniscas y margas se utilizan coronas con fresas de tungsteno-cobalto.

incisivo fino Las brocas están diseñadas para perforar rocas medianamente duras de tamaño pequeño. abrasividad. Están equipados con cortadores octogonales o cuadrados. Cuando las cuchillas se colocan a diferentes alturas, también se logra una cara escalonada, cuyas ventajas se describieron anteriormente.

Usando brocas acanaladas, se mejora la circulación del fluido de lavado al expandir el diámetro del pozo.

Acanalado Las brocas están diseñadas para perforar rocas duras de tamaño medio. abrasividad. Los cortadores de tales coronas son de acero cilíndricos o prismáticos. sede con inserto de carburo. Al mismo tiempo, aunque la corona se desgaste, su rendimiento no disminuye.

Las coronas con cortadores de diamante están diseñadas para perforar rocas rocosas y semirocosas de alta abrasividad.

Para aumentar la resistencia y mejorar las propiedades abrasivas, los diamantes industriales se presionan en su masa fundida durante el proceso de producción. Recientemente, los cristales naturales a menudo se reemplazan por otros cultivados artificialmente.

El número de nervaduras está determinado por el diseño de la corona y su diámetro; puede haber de tres a seis. La aceleración del proceso de destrucción de la roca se puede lograr desplazando las nervaduras hacia arriba con respecto al extremo de la corona. Esto asegura un orificio inferior escalonado y facilita el paso del líquido de lavado.

Tuberías de revestimiento de pozos

Tanto los tubos de acero con núcleo como con revestimiento se fabrican de acuerdo con GOST 51682-2000. En la exploración geológica y en la ingeniería geológica, se utilizan para evitar el colapso del suelo sobre la superficie, lo que no permitiría comprender a qué profundidad una capa geológica es reemplazada por otra.

EN disposición de las obras de toma de agua Los tubos de revestimiento forman las paredes del pozo. Otra sarta de tubos, de producción, se sumerge en la carcasa ensamblada a partir de ellos. Hoy en día, la mayoría de las veces se ensambla con plástico. La columna de producción está equipada con un filtro para retener los granos de arena y grava fina durante el bombeo.

Los más comunes son los tubos de revestimiento con conexiones de niple. En este caso, los tubos tienen una rosca interior en un lado y una rosca exterior en el lado opuesto. El pozo de excavación se monta de forma extremadamente sencilla y rápida a partir de tubos roscados.

Tanto los tubos centrales como los de revestimiento están equipados con roscas, externas en un extremo e internas en el otro. Esto permite montar la carcasa de forma rápida y sencilla. Los tamaños de rosca están unificados: cualquier tubo de revestimiento puede servir como tubo central, simplemente atornille la corona y la parte superior.

Existen tuberías de revestimiento diseñadas para uniones soldadas. No se utilizan en el sector privado debido al proceso de montaje de columnas que requiere mucha mano de obra.

Tanto la carcasa como los tubos centrales están fabricados en acero grado 45 con grupo de resistencia “K”.Para aumentar la resistencia al desgaste de la superficie, los extremos de los tubos están endurecidos. Dependiendo del equipo de perforación utilizado y del diámetro. bomba sumergible en la construcción de tomas de agua privadas se utilizan tuberías con un diámetro de 100 a 200 mm.

Etapas de perforación de núcleos

Antes de comenzar a trabajar, es necesario estudiar el plano catastral y preparar la superficie de trabajo. Es necesario garantizar el libre acceso al lugar de perforación tanto para el equipo de perforación como para la máquina con el líquido de lavado.

El siguiente paso es cavar un hoyo con un volumen de al menos 2 metros cúbicos; esto evitará la necesidad de utilizar un tanque adicional. El pozo está diseñado para drenar el agua subterránea y el líquido de lavado usado. Para instalar la parte principal del tronco, es necesario perforar el suelo.

A continuación, la broca seleccionada se conecta al tubo de perforación y se selecciona tubos de revestimiento, que irá aumentando a medida que se profundicen. La instalación debe fijarse de forma segura y luego se pone en marcha la plataforma de perforación.

La tecnología central de lavado del frente con agua permite liberar el pozo de la mina de la roca destruida de la forma más sencilla y rápida

A medida que la perforadora se profundiza y se llena, periódicamente se eleva a la superficie y se limpia del suelo capturado por la herramienta durante la perforación. Después de lo cual la broca, liberada del núcleo, se puede volver a sumergir en el orificio del pozo para continuar con la perforación.

Para elevarlo hasta la cima, se desmonta la sarta de tubos de perforación, que consta de una herramienta sacanúcleos y varillas. Es decir, separan secuencialmente varilla tras varilla hasta que se retira el tubo central del cañón.

Se considera que la mejor opción para el desarrollo de un pozo para propietarios privados es la perforación con extracción de testigos, acompañada de lavado. En este caso no es necesario tomar muestras. Lo principal es formar rápidamente el barril y limpiarlo de lodos. preparación de trabajos para el próximo uso.

Para lavar, puede usar cualquier agua, el agua de un estanque o río cercano es bastante adecuada. La perforación también se puede realizar en seco si se está desarrollando un pozo para arena. Por lo general, en este caso, un par de cubos de agua como fluido de perforación son suficientes para enfriar el proyectil en la parte inferior.

Con la tecnología Core se perforan agujeros en estructuras de hormigón y de hormigón armado, cimientos y paredes de ladrillo.

Cuando se trabaja en arena suelta y con poca humedad, se recomienda agregar vidrio líquido o masa de arcilla a la solución de trabajo para fortalecer las paredes del agujero. En cualquier caso, cuando una perforadora atraviese un horizonte con estructura inestable, estaría justificado reforzar las paredes del pozo con tuberías de revestimiento.

Características tecnológicas del proceso.

Durante el proceso de profundización, es posible ajustar la velocidad de rotación de la broca. Cabe señalar que la perforadora puede superar fácilmente capas de rocas sedimentarias a bajas velocidades. Pero al pasar por un lecho de roca, se requiere un aumento en la velocidad de rotación. Con el método de perforación con núcleo, es posible penetrar capas de diversas composiciones y de cualquier dureza.

Es necesario tener en cuenta el hecho de que la plataforma de perforación debe ubicarse en un sitio horizontal preparado y nivelado. El ángulo de penetración se puede ajustar si el diámetro del pozo en desarrollo no supera 1 metro. La verticalidad de la excavación se mantiene entonces mediante el revestimiento.

Las tuberías de revestimiento se pueden reutilizar si se retiran de la excavación inmediatamente después de la excavación. Un tubo central es un proyectil reutilizable, lo que no se puede decir de las coronas. Para perforar en el horizonte sedimentario se requieren al menos dos, o incluso más. Al construir un pozo sobre piedra caliza, es imposible predecir con precisión la cantidad de coronas desgastadas.

Para prolongar la vida útil de la broca de diamante después de instalarla o reemplazarla, el fondo del pozo debe tratarse con un cincel. Esta medida aumentará significativamente la tasa de penetración

La plataforma de perforación se puede montar en vehículos de gran capacidad o en vehículos de orugas. equipamiento especial en caso de trabajos en condiciones de terreno difíciles. Se pueden utilizar equipos móviles más ligeros al perforar pozos de agua utilizando el método de núcleo.

Ventajas y desventajas del método central.

Gracias a la acción puntual de la corona a lo largo de su radio, se garantiza un corte preciso y un traslado a la superficie de un núcleo sólido. La tecnología es aplicable para perforar rocas hasta XII categorías, puede trabajar tanto de forma perpendicular como en ángulo.

Uno de los indicadores más importantes del método central es la alta productividad y velocidad de perforación.

Además de esto, se pueden destacar las siguientes ventajas:

• El volumen de perforación en el caso de utilizar fluido de lavado o agua de proceso es del 85%;
• La introducción de emulsiones activas en la solución de trabajo permite mantener las paredes del pozo en su estado original;
• Debido a la reducción de cargas axiales debido a que la roca no se destruye de forma continua, se consigue una reducción de los costes energéticos.
• El método le permite trabajar con cualquier roca, incluidos basalto y granito.
• Cuando se utiliza una máquina móvil prefabricada, es posible realizar trabajos en lugares de difícil acceso.

Además de sus ventajas, la perforación con núcleo también tiene sus desventajas:

• Cuando se trabaja en rocas fracturadas, a menudo se produce un atasco del núcleo, lo que obliga a retirar el tubo para derribarlo.
• Al pasar por rocas duras, la broca rápidamente se desafila debido al sobrecalentamiento y al pegado. Para evitar esto, es necesario utilizar refrigerante y reducir el caudal. Como resultado, la velocidad de perforación disminuye.
• La pequeña sección transversal (hasta 200 mm) de perforación no permite el uso de potentes sumergible zapatillas.

Al desarrollar pozos de agua, si se utiliza una solución de arcilla al abrir la formación, existe una alta probabilidad de sedimentación del acuífero.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Video 1. La etapa inicial de perforación de un pozo mediante el método de núcleo:

Video 2. Perforación de un pozo en roca de granito:

El inicio de la perforación de un pozo debe ir precedido de un cálculo económico. El cumplimiento de las normas de seguridad y las reglas de operación de los equipos minimiza el riesgo de falla del equipo, garantizando así una alta eficiencia operativa, velocidad de perforación y costos económicos reducidos.

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