Perforación de pozos rotativos: descripción general de la tecnología de perforación y el equipo necesario
Si una casa de campo no se puede conectar a un suministro central de agua, es necesario organizar un sistema autónomo.La mayoría de los propietarios prefieren construirlo sobre la base de un pozo, cuyo desarrollo utiliza varios métodos. Examinaremos la perforación de pozos rotativos, una opción muy prometedora, pero hasta ahora poco conocida.
El artículo que hemos propuesto describe en detalle las complejidades de la tecnología rotativa y las herramientas utilizadas. Se analizan las ventajas y desventajas de esta técnica y se presentan formas de su implementación en la práctica. Nuestros consejos serán útiles para los propietarios prudentes de parcelas privadas que quieran controlar el trabajo de los perforadores.
El contenido del artículo:
Definición de perforación rotativa
Primero, veamos qué es realmente la perforación de pozos rotativos y cuáles son sus alternativas. La perforación con barrena todavía se reconoce como uno de los métodos más comunes para construir una toma de agua.
Sin embargo tecnología de tornillo No permite el paso de lecho rocoso. El taladro helicoidal utilizado en la perforación con barrena no es capaz de destruir la piedra caliza. Pero a menudo sucede que es necesario perforarlo, porque... las capas suprayacentes no tienen un caudal estable y suficiente para su explotación.
Por lo tanto, la tecnología rotativa, que antes se usaba solo en la industria minera, comenzó a introducirse en la construcción de estructuras privadas de toma de agua. Su elemento de trabajo está ubicado en la parte del fondo del pozo. Con un cincel se destruyen los suelos cohesivos y no cohesivos y se tritura la roca madre.
La excavación de roca destruida se realiza mediante un líquido que se suministra al fondo a través de una columna de trabajo o anular espacio. Se trata de 2 métodos de perforación diferentes, cada uno de los cuales se analizará en detalle a continuación.
El diámetro de la broca supera el diámetro de la sarta de trabajo, lo que permite:
- reducir el consumo de energía durante todo el proceso de perforación (la energía se gasta directamente solo en girar la broca con fuerza en el fondo del pozo y se minimizan las pérdidas por fricción de la sarta de trabajo contra las paredes del pozo);
- proteger la mayoría de los elementos de la sarta de trabajo de daños, así como las paredes del pozo perforado de la destrucción;
- cree pozos de diámetro impresionante (por ejemplo, hasta 70 cm) a profundidades extremadamente impresionantes.
De esta manera puedes formar pozos acuíferos, profundidad de 300 metros o más, es decir. Perforar obras de toma de agua para suministrar agua a las zonas de dacha y a las aldeas.
Entonces, la definición: la perforación utilizando el principio rotativo es un método para desarrollar un pozo en el que la fuerza sobre la broca en el fondo del pozo se transmite desde el rotativo. rotador a través de la columna de trabajo. Se ensambla a partir de varillas: tubos de acero estrechos que se conectan secuencialmente entre sí a lo largo de un hueco en el suelo.
Pero para limpiar el pozo y la superficie de lodo de la mina se utiliza agua suministrada a presión.Gracias a esta solución, no es necesario desmontar y volver a montar constantemente la sarta de perforación para extraer el núcleo, como ocurre en la perforación con núcleo.
El fluido inyectado en la excavación resuelve inmediatamente dos problemas importantes: despeja el camino para que la plataforma de perforación realice más trabajos y produce bien limpiandonecesario preparar la toma de agua para su funcionamiento.
Ventajas de la tecnología rotativa
¿Cuáles son las ventajas de la perforación rotativa frente a posibles alternativas? Hay muchos de ellos.
En primer lugarCon una broca giratoria se pueden crear pozos de gran diámetro que pueden satisfacer plenamente las necesidades de agua de varios hogares a la vez.
No es ningún secreto que la perforación no es un proceso barato: requiere equipo especializado y perforadores experimentados deben monitorear y gestionar el proceso. Después de todo, la actividad asociada con la perforación de pozos es con licencia. De ahí su elevado precio.
Unir a varios hogares a la vez para financiar un pozo común para parcelas adyacentes es una empresa económicamente rentable. Pero esto requiere un débito importante. En la mayoría de los casos, los acuíferos de sedimentos cuaternarios (arenas) no pueden proporcionarlos.
Naturalmente, para un funcionamiento colectivo, es mejor instalar la toma de agua en piedra caliza. El agua subterránea que se extrae de él se caracteriza por una mayor abundancia y pureza. El volumen de precipitación no tiene la menor influencia sobre el caudal de los pozos de piedra caliza. No se puede decir lo mismo de los pozos de arena.
En segundo lugar, convencen por los costes energéticos relativamente bajos. El elemento de trabajo en la perforación rotativa es la broca. Pero a diferencia del tornillo y taladrar el núcleo, la herramienta de perforación no interactúa con las paredes del agujero perforado
Es decir, sólo la barrena está en contacto directo con el suelo, cuya altura es despreciable en relación con la altura de toda la sarta de perforación. Como resultado, este método de formar pozos es el más rápido: ¡hasta 1000 metros lineales por mes!
TerceroLos clientes colectivos se sienten atraídos por la profundidad de perforación. Sólo con el método rotatorio se puede perforar un pozo profundamente en el lecho rocoso de rocas metamórficas e ígneas, de cuyas grietas se puede bombear agua, cuya composición es más adecuada para beber.
En la mayoría de los casos, sólo se extrae agua de proceso de las tomas de agua a menos de 30 m de profundidad. Su composición está influenciada por embalses cercanos, ríos llenos de basura, precipitaciones y simplemente fluidos técnicos derramados al suelo. Una barrena y un tubo central ayudarán a obtener solo dicha entrada de agua.
Además, la perforación rotativa le permite recorrer los trabajos a toda profundidad sin cambiar a otro método de perforación. Al desarrollar un pozo con una barrena, por ejemplo, si es necesario perforar una roca, se cambia al método de cuerda de percusión.
Para ello, retira la barrena del cañón y lanza el cincel a la cara hasta romper la roca. Luego masacre limpiado con un achicador. También se utiliza si es necesario elevar a la superficie arena saturada de agua, que simplemente no puede retenerse en el tubo central.
La práctica demuestra que los pozos perforados con el método rotativo tienen una vida útil más larga. Tecnológicamente, esto se explica por el hecho de que después de instalar la carcasa que forma las paredes del pozo, el anillo se refuerza aún más.
Equipos para la construcción de pozos.
Primero, se instala una consola vertical en la superficie sobre el pozo para sujetar aún más los enlaces verticales de la sarta de trabajo. El primer eslabón de este pozo de perforación está equipado con un elemento de trabajo, una broca, que puede tener diferentes formatos, dependiendo de la categoría de perforabilidad de la roca.
Juego de herramientas de perforación
Cuando se profundiza el primer eslabón, la vela, se coloca sobre él el siguiente, llamado varilla, y así sucesivamente. La longitud de cada uno de estos bloques de tuberías puede variar de 20 a 50 m. Para simplificar la formación de la columna de trabajo, cada varilla está equipada con una rosca cónica con cierre.
Como resultado, se forma una herramienta de perforación que consta de:
- bit de trabajo;
- varilla de accionamiento;
- columnas de varillas ordinarias conectadas entre sí mediante acoplamientos.
La sarta de trabajo se sujeta mediante un pivote que gira mediante un rotor. Dependiendo de la profundidad a la que se planea perforar, así como de las propiedades físicas y mecánicas del suelo, se utilizan varillas estándar o ponderadas para formar el eslabón principal.
La varilla impulsora suele ser un tubo con peso porque tiene una importante misión tecnológica. A través de él, una solución de lavado fluye hacia la cara de la broca, cuya tarea es lavar la roca triturada. Y esto, a su vez, plantea requisitos para las conexiones de acoplamiento, cuya tarea es sellar las conexiones entre los enlaces.
No olvide que la presión del líquido depende directamente de la altura de la columna que se está formando (y no depende de la sección transversal de la tubería). Además, incluso si se utiliza agua como solución de lavado, cada 10 metros la presión aumentará en 1 atmósfera.
A modo de comparación, vale la pena dar un ejemplo. La presión de trabajo en la red de tuberías domésticas de la casa es de 10 atmósferas, y las tuberías más resistentes están diseñadas para una presión de 20 atmósferas.
Solo si los sistemas domésticos están estacionarios y no se mueven, se aplica a la varilla impulsora una presión igual al peso de la sarta de perforación. Pero aún así debe transmitir impulso de rotación y fuerza a la broca.
Se imponen los siguientes requisitos a los acoplamientos como elementos estructurales de una sarta de perforación:
- debe garantizar la estanqueidad de la conexión de la varilla y soportar una presión de fluido de hasta 100 atmósferas (para limpiar el fondo con un chorro a presión);
- debe ser resistente al desgaste para no quedar inutilizable por el rozamiento contra las paredes del pozo;
- debe poder transmitir torque desde la parte superior de la sarta de trabajo hasta la parte inferior y finalmente a la broca.
Es extremadamente importante que los acoplamientos sean de la calidad adecuada. Si al menos uno de ellos no soporta la carga y la cuerda de trabajo se rompe, será extremadamente difícil juntar su parte inferior con la broca. En términos de costos de capital, a veces es más fácil perforar un nuevo pozo cercano que retirar una varilla impulsora desprendida.
Uso de agua durante la perforación.
El líquido que se suministra a la cara suele ser agua corriente. A veces, para estabilizar un pozo que pasa a través de rocas sueltas e incoherentes (arena, piedra triturada, depósitos de grava y guijarros), se introduce en el pozo una solución con aditivos de perforación. Esto es necesario porque la carcasa no se instala en las primeras etapas de excavación.
El agua ingresa a la excavación bajo presión dentro de la varilla de accionamiento (y luego se bombea a través de anular espacio), o por gravedad hacia abajo a través anular espacio, y la eliminación ya se produce a través de la columna de trabajo con una bomba de bombeo.
Se trata de 2 tecnologías de perforación rotativa diferentes, cuyas características se analizarán a continuación.
Sin embargo, no importa qué método se utilice, el fluido utilizado en la perforación en todas partes debe purificarse (para su uso posterior).
Para ello se utiliza el siguiente conjunto de equipos:
- Granero de almacenamiento de lodo de perforación. (Si planea perforar un pozo poco profundo, con unas pocas docenas puede construirlo directamente en el suelo y se utiliza agua corriente como fluido de lavado). El granero actúa como una batería para el líquido de lavado.
- Tamiz vibratorio. La solución de lavado extraída del pozo transporta partículas de roca triturada que deben eliminarse. El método más eficaz es el mecánico, utilizando un tamiz vibratorio.
- Sumidero. Después de eliminar las partículas de roca grandes, el líquido ingresa a un tanque de sedimentación para eliminar las partículas suspendidas que precipitan. Cuando se utiliza agua como líquido de lavado, a veces también se construye un tanque de sumidero directamente en el suelo. Además, se utiliza para separar sustancias líquidas y separar sedimentos. hidrociclón.
- Bomba de lodo. Es esto lo que asegura la circulación de la solución de lavado.
- Sistema de canalones. Son necesarios para el movimiento del agua desde el punto de formación de la excavación hasta el lugar de su purificación.
En total, para desarrollar un pozo mediante tecnología rotativa se necesitan los siguientes mecanismos y equipos:
- Torre o consola para ensamblar una sarta de perforación a partir de varillas y desmontarla al finalizar la perforación, así como un sistema de desplazamiento.
- Motor, asegurando la rotación del rotor.
- Equipo líquido. Mecanismos y dispositivos para asegurar la circulación del líquido de lavado y su limpieza (bomba; tamiz vibratorio; decantadores y/o hidrociclón; granero de almacenamiento para líquido de lavado; sistema de tuberías y canalones).
Para la perforación rotativa de pozos poco profundos, todo el conjunto de equipos enumerados es muy compacto (por ejemplo, la pluma de la consola es plegable). Esto garantiza la facilidad de colocación del equipo de perforación en cualquier lugar conveniente para las operaciones de perforación y su posterior operación.
Dos opciones de perforación rotativa
Dependiendo del método de suministro del fluido de perforación al fondo, existen 2 tipos de tecnología de perforación rotativa:
- con alimentación directa;
- con alimentación inversa.
Cabe señalar que el líquido que se suministra a la cara está destinado no solo a lavar y retirar la piedra triturada. También enfría la broca, que se calienta mucho por la fricción. En el caso del suministro directo de líquido, la bomba crea su exceso de presión.
El agua ingresa al fondo del pozo a través de los orificios tecnológicos de la broca, "recoge" la roca triturada y luego fluye por gravedad a través del pozo (es decir, a través de anular espacio en relación con la varilla principal) ingresa a la superficie, donde ingresa al complejo de limpieza (tamiz vibratorio, hidrociclón).
La tecnología de alimentación inversa implica que el fluido de lavado fluye hacia el fondo por gravedad, descendiendo a través del pozo, pero la solución con el material triturado regresa a la superficie a través de la tubería de la varilla de accionamiento. En este caso, la bomba de lodo crea en ella una presión negativa.
A pesar de la aparente simplicidad de ambas tecnologías, aquí hay muchos más matices de los que podrían parecer a primera vista. Por tanto, parece apropiado profundizar en cada una de estas tecnologías de perforación.
Perforación con suministro directo de fluido de lavado.
Esta tecnología también se denomina a veces “flujo de agua directo”. Es recomendable utilizarlo en suelos arenosos, de grava, de piedra triturada. También se utiliza si la profundidad del acuífero no supera los 30 m, es aquí donde se añaden al líquido aditivos que aumentan su densidad y la estabilidad del tronco.
La perforación rotativa se caracteriza por una reducción gradual del diámetro del pozo que se perfora. En otras palabras, primero se perfora el pozo de mayor diámetro y luego establecerse tubería, y el espacio anular entre la superficie exterior de la tubería y la pared del pozo se rellena con mortero de cemento a través de orificios tecnológicos.
Luego se continúa perforando con una broca más pequeña. Luego se vuelve a colocar la carcasa y la nueva sección tiene un diámetro aún menor, etc. Cuanto menos sea necesario “distraerse” cementando un pozo, mayor será la productividad de la perforación, lo que en última instancia se traduce en el costo total del proceso y del pozo en su conjunto.
Además, un revestimiento demasiado frecuente conduce en última instancia a que el diámetro efectivo del pozo (el diámetro que abre el acuífero) se reduce considerablemente. Entonces, el "flujo directo de agua" se caracteriza por el hecho de que un pozo con este método de formación no se puede plantar hasta 100 metros.
La presión principal del líquido de lavado la crea la bomba dentro de la varilla de accionamiento, y anular El líquido con elementos de roca triturada llena el espacio por gravedad, sin destruir la pared del pozo con exceso de presión.
Sin embargo, este método de perforación también tiene desventajas. En particular, demasiado tiempo sin caja Esta zona conduce a la introducción de finas partículas de arcilla en los acuíferos, lo que puede reducir y ralentizar significativamente el flujo de agua hacia las obras desde el acuífero.
Estas partículas aquí desempeñan el papel de una especie de tapones de poros y microcanales en roca a través de la cual se filtra el agua.Por lo tanto, el procedimiento de revestimiento realizado durante el proceso de perforación es necesario para mantener la productividad adicional del pozo en su conjunto.
Perforación con flujo inverso de fluido de lavado.
Con este método de control de fluidos, el barril y el fondo se limpian mejor. Aquí la bomba no presiona el líquido hacia el fondo, sino que, por el contrario, lo succiona, y esto lleva al hecho de que la velocidad de formación de un pozo con una broca aumenta en un orden de magnitud e incluso varias veces más. en comparación con el lavado directo.
El pozo en sí no está sujeto a contaminación por inclusiones de arcilla con el flujo del fluido de lavado suministrado. Después de todo, la bomba aspira todo lo que pueda contener. Por cierto, aquí no tiene sentido añadir aditivos adicionales, por lo que se utiliza agua limpia como el mismo líquido de lavado.
Entonces, resumamos las ventajas de la perforación de flujo inverso:
- la velocidad de perforación aumenta (en comparación con un curso de agua directo) hasta 15 veces;
- el acuífero no está obstruido con partículas de arcilla y granos de arena limosos del fondo, todavía Abierto niveles de pozo;
- gracias a la apertura de alta calidad del acuífero, no es necesario preparar adicionalmente el pozo para su funcionamiento, puede instalar inmediatamente la carcasa interna con un filtro y comenzar a bombear;
- Se utiliza agua simple (y por lo tanto barata) como fluido de trabajo.
Sin embargo, este método también tiene un inconveniente importante.Requiere el uso de equipos costosos, lo que en última instancia conduce a un aumento significativo en el coste de todo el proceso de perforación en su conjunto.
Por lo tanto, la perforación con "flujo de agua inverso" se lleva a cabo sólo en los casos en que el pozo está diseñado para que lo exploten varios hogares a la vez. Pero si el pozo está diseñado para uso individual, entonces es mucho más razonable utilizar tecnología de perforación rotativa con flujo de agua directo.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Vídeo #1. Una demostración visual del proceso de perforación rotativa paso a paso:
Vídeo #2. Análisis de tecnología rotativa y principios de construcción de pozos:
Vídeo #3. Circulación de agua durante la perforación rotativa:
La situación con la presencia y profundidad de los acuíferos puede variar mucho de un lugar a otro (y en algunos lugares no hay ninguno, como en la isla de Madeira).
Al diseñar un pozo y elegir el método de perforación rotativa óptimo, se deben utilizar mapas existentes de acuíferos explorados. Esto le ayudará a ahorrar mucho dinero y tiempo.
Cuéntenos sobre su experiencia en el desarrollo de pozos utilizando tecnología rotativa. Comparta matices tecnológicos que serán útiles para los visitantes del sitio. Deje comentarios en el formulario de bloque a continuación, publique fotos y haga preguntas sobre el tema del artículo.
Escribe correctamente que el método rotativo para perforar un pozo es bastante caro. Esto plantea la pregunta: ¿es posible atravesar capas blandas con algo más económico, por ejemplo un sinfín, y utilizar el rotor sólo a partir de piedra caliza? ¿Tienen sentido tales manipulaciones o no será posible ahorrar dinero?
Si está buscando un método económico, le aconsejo que considere la posibilidad de hidroperforar pozos de agua. Un método probado, casi todos los propietarios podrán obtener el equipo necesario. Esto es lo que necesitarás para esto:
— estructura metálica plegable;
— bomba de agua (proporciona presión en el sistema);
— mangueras para suministro de agua;
— simulacro (exploración o flap);
— motor para transmitir fuerza al taladro;
- cabrestante;
— herramientas de perforación relacionadas;
— barras de perforación que forman columnas;
- Bloque de control;
- giratorio para fijación deslizante de piezas.
De esta forma podrás perforar pozos de hasta 30 metros sin mucha experiencia. Para profundidades inferiores a esta marca ya se requieren conocimientos prácticos adecuados.
La perforación en piedra caliza se realiza mejor mediante el método de cuerda de percusión.