Perforación de pozos con barrena: características de la tecnología y una herramienta para perforar manualmente y mediante una instalación.
La perforación con barrena de pozos para obtener agua potable es el método de perforación más popular hoy en día en el territorio de los hogares privados. Usted mismo puede crear un acuífero poco profundo utilizando un taladro de tierra manual. Para facilitar el trabajo, a menudo se utilizan equipos de perforación de pequeño tamaño con accionamiento.
Te contamos por qué este método es tan popular. Veamos en qué se diferencia de otros métodos de perforación y en qué situaciones es eficaz su uso. El artículo describe en detalle la tecnología de barrenas y el diseño de equipos de perforación, así como las herramientas de perforación utilizadas en la perforación manual y mecánica.
El contenido del artículo:
Detalles de la perforación con barrena
Un pozo es una excavación cilíndrica en la corteza terrestre que, a pesar de su gran extensión, tiene una sección transversal pequeña. Su comienzo se llama boca, la superficie lateral se llama paredes y el fondo de la excavación se llama cara.
El método de perforación óptimo se elige teniendo en cuenta el propósito funcional del pozo, el diámetro y la profundidad requeridos. Es importante tener en cuenta las propiedades físicas y mecánicas de las rocas que se deben atravesar en el proceso de formación de una excavación de toma de agua.
También influye la viabilidad técnica y económica de la perforación en condiciones específicas. Esta es una etapa importante en el diseño de pozos, durante la cual se determinan las principales soluciones tecnológicas: el tipo de equipo utilizado y los modos de perforación.
Al diseñar y posteriormente perforar pozos de captación de agua, es necesario centrarse específicamente en el uso a largo plazo. La capacidad de mantener un caudal estable y una permeabilidad constante al agua de la zona del fondo del pozo durante un largo período de tiempo es importante.
El proceso de perforación de pozos incluye varios pasos de trabajo:
- La destrucción de la roca en la cara, es decir, la separación de partículas del macizo.
- Transporte de suelos residuales a la superficie.
- Preparar un pozo para la operación limpiando y equipando el pozo, así como lavar el eje de entrada de agua.
La eficiencia de la perforación depende directamente de las propiedades físicas y mecánicas inherentes a la naturaleza, a saber: densidad aparente, porosidad, permeabilidad al agua de suelos no cohesivos y la consistencia de rocas arcillosas cohesivas.
Este método no es adecuado para perforar rocas caracterizadas por la solidez y el tipo cristalino de conexiones entre partículas. Cuanto más firmemente se consolidan los granos minerales en la roca, más trabajo se dedica a su destrucción.
Ventajas y desventajas del método.
La opción de perforación con barrena se utiliza en la industria, la ingeniería civil y perforación manual de pozos. Su característica distintiva es la eliminación de la roca destruida no con líquido de lavado o mezclas especiales de gas y líquido, sino directamente con partes del proyectil de barrena.
Hay perforaciones con barrena dirigidas vertical y horizontalmente. El primer método se utiliza en la construcción de pozos acuíferos, así como para formar agujeros para pilotes. El segundo se utiliza al instalar servicios públicos mediante el método sin zanjas.
Este método proporciona simultáneamente una alta velocidad de penetración en suelos no rocosos hasta una profundidad de 50 a 80 metros, lo que permite formar inmediatamente las paredes de la excavación instalando una sarta de revestimiento.
Otra ventaja es la extracción de tierra residual a la superficie sin levantar la herramienta. Y una cosa más: dado que la perforación con barrena no requiere líquido de lavado, se utiliza con éxito en regiones sin agua y también durante los períodos en los que predominan las bajas temperaturas.
Hoy en día se utiliza la perforación con unidades de barrena:
- Para la instalación de pozos de agua individuales;
- Al construir cimientos a partir de pilotes atornillados o perforados;
- Para instalación de vallas y soportes de hormigón armado;
- Al realizar la instalación de comunicaciones sin zanjas;
- Para la construcción de pozos y fosas poco profundas.
Sin embargo, también existen desventajas. Es imposible perforar un pozo con barrenas en rocas de gran dureza. Al perforar en margas duras y semisólidas, arcillas con capas de caliza, pueden surgir complicaciones, y al perforar rocas abrasivas hay un alto consumo de equipos de perforación.
Además, existe una limitación en la profundidad de excavación.Es muy difícil construir de esta forma un pozo de más de 80 metros de profundidad.
Tecnología de túneles verticales
Un sinfín es un tubo de perforación de alta resistencia con una espiral enrollada que sirve como transportador de tornillo vertical. Bajo la influencia de una carga axial, la parte de trabajo de la broca penetra en la roca y la destruye cortándola y aflojándola. Al mismo tiempo, el sinfín introduce la tierra residual en la espiral del sinfín.
Bajo la influencia de fuerzas centrífugas, el suelo suelto se eleva a lo largo de las palas de la sarta de perforación. El levantamiento se produce por deslizamiento en espiral, ya que la fricción del suelo sobre la barrena es menor que sobre las paredes del pozo.
Por lo tanto, la roca destruida se entrega triturada desde el frente a la superficie y se expulsa a través de la boca del pozo. Con fácil transporte, el suelo llena entre el 30 y el 40% del volumen total del espacio entre vueltas.
Los parámetros de la columna de la barrena deben garantizar un levantamiento rápido de toda la masa de suelo destruida por la barrena. Sin embargo, al perforar, parte de la tierra suelta vuelve al fondo. Por lo tanto, al realizar perforación con barrena, se requiere una limpieza más intensiva del barril y, al finalizar, se requiere un lavado obligatorio.
Perforación con barrena direccional horizontal
Al instalar líneas de servicios públicos para diversos fines funcionales debajo de obstáculos (carreteras, ferrocarriles, bosques), se utiliza perforación con barrena dirigida horizontalmente.
En la etapa inicial del trabajo, se cavan dos pozos: un pozo de inicio (de trabajo) y un pozo de recepción.Deben estar al mismo nivel que el pozo diseñado. Después de eso, el equipo necesario se baja al pozo de trabajo y se instala.
Este equipo tiene una gran carrera de avance y está equipado con un cabezal de perforación resistente al desgaste fabricado con acero de alta aleación. También tiene instalada una sonda de seguimiento de perforación. Al recibir señales en el monitor, el operador controla el progreso del proceso y puede ajustar la dirección del movimiento, así como el ángulo de inclinación del cabezal de perforación.
Cuando la barrena ingresa al foso receptor, es decir, el punto final según el proyecto, se retira la broca. En cambio, el expansor y el tubo están fijos. Después de esto, las cuchillas se giran en la dirección opuesta para tirar de la tubería hacia el pozo terminado. Al final del trabajo de perforación, la instalación de la barrena se retira del pozo de inicio.
El método sin zanjas permite tender tuberías para comunicaciones bajo el nivel freático con una longitud de hasta 80 m. Además, todos los trabajos complejos se realizan sin excavación de zanjas que requiere mucha mano de obra, lo que permite minimizar el tiempo de ejecución y reducir los costos financieros.
La perforación con barrena horizontal se utiliza para tender tuberías de presión e instalar sistemas de comunicación en áreas donde la instalación por otros medios es imposible. Ventaja principal instalación sin zanjas – rentabilidad. Además, no es necesario utilizar bentonita u otros polímeros para mantener la estabilidad de la excavación terminada.
Características de la perforación en diferentes rocas.
Los parámetros tecnológicos básicos de la perforación de un pozo son la carga axial y la velocidad de rotación del transportador de tornillo. A medida que aumenta la carga, la velocidad de penetración ciertamente aumenta, lo que puede provocar diversas situaciones de emergencia.
Por lo tanto, es imperativo asegurarse de que el volumen de roca separada por unidad de tiempo por el sinfín no exceda la productividad del transportador. De lo contrario, se formarán tapones en las vueltas.
Como regla general, las rocas de arcilla plástica y las arenas sueltas y de densidad media se perforan sin carga axial forzada. La herramienta de barrena se inserta en el suelo por su propio peso, así como por la fuerza reactiva que se produce cuando se introduce roca estéril en la boca de una abertura cilíndrica.
Por lo general, se crean cargas axiales de hasta 5 kN durante la perforación inicial de un pozo, cuando se perfora en margas arenosas duras, margas, arcillas, lutitas y limolitas. La frecuencia de rotación de la columna no debe exceder los 1,7-3,3 s.-1.
A frecuencias más altas, se producen vibraciones internas, lo que puede provocar que los eslabones de la sarta de perforación se aflojen. Como resultado, el taladro permanecerá en el fondo, es casi imposible sacarlo, lo que significa que tendrás que perforar un nuevo trabajo. Y a bajas frecuencias, transportar tierra residual a la cima se vuelve muy difícil.
A medida que aumenta la dureza de la roca, aumentan las cargas axiales.La perforación en suelos de grava y triturados, margas congeladas, arenas saturadas de agua, limolitas con inclusiones de cuarzo se realiza con una carga axial de 8-10 kN por broca y una velocidad de rotación de la columna de 1,3-2,2 s.-1.
Los guijarros y las rocas que contienen cantos rodados no se perforan con el método de barrena. Estos fragmentos de roca redondeados se destruyen con un cincel y se sacan a la superficie con un achicador.
La perforación en arenas de diferente densidad y grado de saturación con agua, grava y depósitos de piedra triturada se realiza a altas velocidades y al mismo tiempo se refuerzan las paredes de la excavación con estructuras de revestimiento.
Para evitar esto, reduzca la velocidad de perforación al mínimo posible, camine la columna y agregue agua al pozo. También en tal situación es útil elevar periódicamente la herramienta de perforación a la superficie y limpiarla de la marga adherida.
Herramienta de perforación de barrena
Las herramientas para la perforación de pozos con barrena según el tipo de diseño se distinguen por el número de vueltas y la geometría de la parte cortante. Para la penetración en margas y margas arenosas duras y semisólidas, a menudo se utilizan herramientas de perforación, cuyos bordes están equipados con cortadores adicionales.
En la mayoría de los casos, para conducir una excavación de toma de agua para propietarios privados, solo se utiliza un sinfín de arranque sin ningún complemento, porque Será necesario perforar rocas sedimentarias cohesivas y no cohesivas. Al profundizar, la herramienta simplemente se extiende con barras de perforación.
En este caso, el proyectil se retira del pozo cada 0,5 a 0,7 m para limpiar la perforadora y el fondo de la roca destruida. Esta es una opción de perforación más económica, pero también más laboriosa.
Para perforar cantos rodados y guijarros que se encuentran en suelos sedimentarios, recurren al método de cuerda elástica. Para ello se suele utilizar un cincel de acero para herramientas. Este taladro, apuntado en el extremo inferior, se “arroja” con fuerza sobre la cara hasta que se destruye la “barrera sólida”.
Después de la destrucción de un guijarro o roca, los fragmentos se retiran a la superficie utilizando un tubo de vidrio (tubo central) o achicador. Luego vuelven a pasar al método del tornillo. Muy a menudo, para excavar una mina, es necesario utilizar varios métodos de perforación en combinación.
Al perforar arena suelta y margas blandas, se utilizan taladros de barrena con palas giradas hacia el fondo en un ángulo de 30 a 60º, y para perforar en rocas arcillosas cohesivas, 90º.
Esta espiral se obtiene enrollando una cinta de acero de alta resistencia con un diámetro de 5-7 mm sobre un mandril de tornillo. Se estira sobre un tubo/varilla y luego se suelda.
Cuanto mayor sea el diámetro del tubo base, menor será la capacidad de transporte del sinfín. Sin embargo, el diámetro de un producto largo está limitado por la resistencia mecánica del tornillo, así como por su tecnología de producción.
Hoy en día se fabrican dos tipos de tornillos:
- Con un agujero central, es decir, hueco;
- Ponderado - sin agujero.
Para minimizar el desgaste del transportador sinfín al perforar rocas abrasivas, se atornilla una tira de acero en el borde exterior o se fusiona una capa de metal con la superficie.
A altas velocidades de perforación del sinfín, se fija encima del proyectil un adaptador especial con bobinado bidireccional de banda de acero. En este caso, la mayor parte de la roca cae sobre el transportador de tornillo sin triturarse.
Al final de la tubería con una espiral enrollada, se deben soldar los elementos de conexión. Hay dos tipos de conexiones roscadas: sin rosca y roscadas. En el primer caso, los tornillos se conectan mediante pestillos de acoplamiento y se sujetan mediante pasadores metálicos con abrazaderas; en el segundo caso, mediante atornillado.
La conexión roscada de los sinfines a la sarta de perforación permite mecanizar su conexión y desconexión al realizar operaciones de disparo y al suministrar fluido al frente. Pero también hay un inconveniente importante: en este caso no existe la posibilidad de girar los tornillos en sentido inverso. Por tanto, las conexiones sin hilos se han generalizado.
Las plataformas de perforación especiales suelen incluir un conjunto de sinfines de diferentes diámetros.
Los sinfines huecos con una conexión roscada se utilizan al perforar con soplado, para bombear agua al perforar aberturas cilíndricas en la corteza terrestre, para instalar una carga en pozos geofísicos y para bombear hormigón en orificios para pilotes. También se pueden utilizar como carcasa.
Al perforar con una cara continua, el canal central se bloquea con una herramienta de perforación sujeta a una cuerda.
Descripción general de las plataformas de perforación
Para la perforación con barrena utilizan ambos herramientas manuales, e instalaciones mecanizadas. El diseño más simple es un taladro de tierra manual.Consiste en una varilla/tubo con una hoja en forma de tornillo y un mango en forma de T rígidamente fijado.
Este tipo de herramienta de perforación se atornilla al suelo como un sacacorchos. Durante el proceso de excavación se expande con varillas. Los taladros de tierra portátiles se fabrican plegables para que sean lo más cómodos posible para su transporte en vehículos de pasajeros. Esto también le permite cambiar la longitud de la sarta de perforación del sinfín.
Con herramientas manuales, se pueden hacer agujeros de hasta 2 metros de profundidad y con un diámetro de no más de 20 centímetros. También existen taladros motorizados con motor de gasolina o eléctrico. Su diseño incluye un transportador de tornillo, es decir, un sinfín y un motor con caja de cambios. La rotación del eje del motor asegura el movimiento de la barrena.
Con el uso de una herramienta accionada y la presencia de barras de perforación para extensión, es posible perforar pozos de hasta 25 metros de profundidad. Con un diámetro de hasta 30 centímetros, se utiliza para instalar postes de iluminación en la calle, para instalar postes de cercas, fosos para inspeccionar cimientos y cimientos del suelo.
Las unidades móviles son pequeñas máquinas con motor eléctrico o de gasolina. Con su ayuda puedes perforar rápidamente. bien para una residencia de verano Prepare una gran cantidad de agujeros para soportes para diversos fines funcionales.
A menudo, estas plataformas de perforación se fabrican en forma de remolque para turismos para facilitar el transporte al lugar de trabajo.
En la construcción civil e industrial, para formar trabajos de gran profundidad y diámetro, se utilizan equipos de barrena especiales, fijados en equipos móviles: camiones, tractores.
Se utiliza al instalar soportes para líneas eléctricas de alto voltaje y postes de alumbrado público, al instalar soportes para cercas de estadios, complejos deportivos, instalaciones industriales y aeródromos. Además, utilizando equipos móviles de perforación con barrena, construyen vallas de tablestacas para los fosos e instalan pilotes roscados.
Video útil sobre el tema.
Perforación con barrena de un pozo de agua de 20 m de profundidad en el territorio de una vivienda privada:
Este video muestra la tecnología de perforación con barrena horizontal de un pozo para establecer comunicaciones debajo de una carretera:
Instalación de pilotes mediante sinfín continuo de gran diámetro con canal central. Para realizar los trabajos se utiliza una perforadora Bauer BG-30 y una bomba de hormigón estacionaria Liebherr de alto rendimiento:
El método de barrena proporciona altas tasas de perforación de pozos. El desarrollo del pozo y el suministro de tierra residual desde el frente hasta la boca de las labores se produce de forma simultánea y continua, lo que ahorra tanto el tiempo y esfuerzo de los perforadores como los fondos invertidos en el proyecto. Por lo tanto, el método de perforación con barrena es popular.
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La perforación con barrena utilizando tecnología es la mejor opción para pozos poco profundos.No es de extrañar que este método sea popular. En cuanto a la perforación manual con barrena, esto es para masoquistas, o cuando no hay dinero en absoluto, pero realmente se necesita un pozo.
Me gustaría recibir un consejo: tengo un taladro para perforar debajo de los soportes de líneas eléctricas, basado en un automóvil GAZ-66, tengo una idea para adaptar esta unidad para perforar pozos para particulares. Todo el problema radica en la corta longitud de las varillas de la barrena, porque... la distancia desde el camino hasta el suelo es de aproximadamente 1,2 m, lo atractivo de la idea es eso. que la unidad es móvil, todas las operaciones son factibles: rotación, descenso y elevación, también marcha atrás... ¿Dónde puedo pedir varillas de barrena? Por favor, avise. Gracias.