Métodos de perforación de pozos: principios tecnológicos y características de los métodos principales.
La construcción de un pozo de toma de agua implica el uso de varios métodos de perforación. Los suelos sueltos y saturados de agua se eliminan mediante un achicador. Para perforar formaciones arcillosas y rocosas se utilizan métodos de perforación de pozos basados en el principio de rotación y vibración.
El trabajo involucra mecanismos que permiten el desarrollo de suelos de diversos tipos y a diferentes profundidades. Le diremos cómo elegir la tecnología de perforación óptima que le permita completar de forma rápida y sin problemas la excavación del dispositivo de toma de agua.
Para presentar visualmente la información que ofrecemos, el texto se complementa con útiles diagramas, colecciones de fotografías y tutoriales en vídeo.
El contenido del artículo:
Tipos de métodos de perforación.
Anteriormente, la perforación de pozos acuíferos para uso personal se realizaba principalmente a mano. Este fue un proceso largo y laborioso, por lo que no todos los propietarios de una parcela o cabaña podían presumir de tener su propia fuente de suministro de agua.
Poco a poco, la perforación mecanizada reemplazó a los métodos manuales debido a la importante facilitación y aceleración del proceso.
Hoy en día, casi todos los pozos del acuífero se perforan mediante un método mecanizado, que se basa en la destrucción del suelo, alimentándolo a la superficie de dos formas: seco, cuando la tierra residual se retira del pozo mediante mecanismos, e hidráulica, cuando se lava con agua suministrada bajo presión o gravedad.
Hay tres métodos principales de perforación mecánica:
- Rotacional (el suelo se desarrolla por rotación).
- Choque (El proyectil perforador destruye el suelo con impactos).
- Vibrando (el suelo se desarrolla mediante vibraciones de alta frecuencia).
El método rotacional se considera el más productivo, de 3 a 5 veces más eficiente que el método de choque y de 5 a 10 veces más eficiente que el método de vibración. Además, el método rotacional es el más económico y accesible, a menudo se utiliza como método principal de perforación manual.
A su vez, el método de perforación rotativa, muy utilizado para la construcción de pozos de agua, se divide en cuatro tipos principales de perforación:
- centro;
- tornillo;
- cuerda de choque;
- giratorio.
Cada tipo de perforación rotativa tiene sus propias características y se realiza con equipos especialmente diseñados para tal fin. Consideremos estos tipos de perforación con más detalle, determinemos cuáles son sus diferencias y qué método se debe utilizar en cada caso concreto.
Detalles de la perforación con núcleo
La perforación con núcleo es un método mecánico rotacional en el que se extrae suelo arcilloso o arenoso denso en forma de núcleo cilíndrico. Una perforadora hueca es un tubo metálico de paredes gruesas.
En la parte superior de la perforadora hay un dispositivo para fijar las varillas necesarias para extender la sarta de perforación. A continuación se muestra una corona, cuyo tipo se selecciona según la categoría de suelo a perforar.
Cuando se excava con el método del núcleo, el suelo se destruye con una corona en forma de anillo. La parte interior del núcleo se conserva intacta. Para facilitar el proceso de perforación en margas, arcillas y rocas duras y semisólidas, se suministra un fluido de perforación al fondo del pozo.
Los lodos del frente a veces se eliminan mediante lavado, inyectando una gran cantidad de agua en el pozo de producción. La mayoría de las veces, el lavado se reemplaza soplando con aire comprimido suministrado por un compresor dentro de la tubería.Este tipo de perforación permite perforar pozos con una profundidad de hasta 1000 metros y un diámetro de 8 a 20 cm.
La perforación mecánica se realiza mediante equipos de perforación como ZIF, UGB, UKB, montados en vehículos como KAMAZ, KrAZ, skidders, etc. En la versión para perforación manual El tubo central se acorta y se llama campana o vaso. El tubo central es estructuralmente similar al último artículo doméstico invertido.
La perforación con núcleo se utiliza en los siguientes casos:
- exploración geológica de recursos minerales;
- perforación de pozos exploratorios;
- construcción de pozos acuíferos de cualquier profundidad, incluidos pozos sin filtro en rocas.
Para dispositivo pozos de agua privados en algunos casos, el método de núcleo se utiliza antes de iniciar la perforación con barrena o rotativa, desempeñando simultáneamente una función de exploración y preparación.
En la construcción de pozos privados, la perforación con núcleo se utiliza en combinación con la perforación con cable de percusión. Las capas de arcilla se pasan a través de un tubo central. Las arenas sueltas, la grava y los guijarros con relleno de arena que no quedan en el tubo central se eliminan del pozo mediante zelonización.
En términos de eficiencia, el método con núcleo es algo inferior al método de barrena para perforar pozos de toma de agua. Una barrena perfora más rápido, pero no permite que el pozo se libere completamente de la roca perforada. Rara vez se utilizan en parejas. Y si esto sucede, los primeros metros se cubren con una barrena.
Equipos y herramientas utilizados.
Para la perforación con núcleos se utilizan las siguientes herramientas:
- brocas de diamante u otro material de carburo (acero, tungsteno, pobedit);
- tubo central;
- tubería para eliminación de lodos;
- varillas necesarias para extender la sarta de perforación;
- conexiones de acoplamiento, adaptadores entre tuberías, prensaestopas de lavado.
Al perforar en formaciones rocosas, la broca se desgasta rápidamente y debe ser reemplazada. El material de la corona es caro y puede soportar cargas enormes; las opciones de perforación con diamante son las más extendidas.
Todas las herramientas utilizadas durante el proceso de perforación deben estar alineadas, es decir. estar situado exactamente respecto al eje de perforación.
Tecnología de perforación de núcleos
La característica principal de la perforación con núcleo es el paso de la roca con su completa conservación en el tubo de extracción. Aquellos. Cuando el equipo de perforación está en funcionamiento, la corona destruye el suelo en un anillo que, a medida que se profundiza, es empujado hacia el interior del tubo central y se mantiene en él debido a su propia densidad.
Al retirar el tubo lleno del pozo de la mina, se libera del núcleo golpeándolo con un mazo.
El proceso de perforación con núcleos paso a paso es el siguiente:
- la broca está conectada al tubo central;
- el tubo central está conectado a varillas, que aumentan a medida que se profundizan;
- la varilla superior está fijada en la plataforma de perforación;
- la perforadora hace girar la sarta de perforación y la “atornilla” gradualmente al suelo;
- el tubo central se llena gradualmente con el núcleo - tierra atascada en su cavidad;
- después de perforar 50 - 70 cm, la sarta de perforación se retira a la superficie, las varillas se desconectan una por una hasta que se retira el tubo central;
- la tubería se libera de la roca perforada;
- el proyectil vaciado se baja nuevamente al fondo, extendiendo la sarta de perforación con varillas.
Las actuaciones se realizan en el orden descrito hasta que el pozo penetra en el acuífero y penetra 50 cm en la roca impermeable subyacente.
Si reparar el acuífero superior no es el propósito de la excavación, entonces las capas superiores pueden taladrar con lavado. En este caso, la bomba suministra la solución de lavado a través de una manguera a las tuberías. Luego, la solución lleva la tierra extraída a la superficie.
Fuertes ventajas y desventajas.
En comparación con los métodos de perforación mecánica con cuerda de percusión y rotatorio, la perforación con núcleo se realiza con bastante rapidez, lo que reduce significativamente el tiempo de trabajo. Su principal desventaja es la imposibilidad de levantar suelos sueltos y guijarros saturados de agua. Se mueve lentamente a través de la roca y requiere un cincel para penetrar las rocas.
Las ventajas de la perforación con núcleo incluyen:
- alta productividad y capacidad de perforar pozos con una profundidad de más de 100 m;
- reducción de cargas en los equipos de perforación debido a la destrucción de roca arcillosa, comparable a su corte;
- posibilidad de utilizar una plataforma de perforación móvil de dimensiones compactas.
La perforación con núcleos es uno de los métodos más rápidos para desarrollar obras de toma de agua. Con él se puede perforar un pozo de arena en un día laborable. En desarrollo toma de agua manual tomará mucho más tiempo.
Características de la perforación con barrena.
Este tipo de perforación se utiliza hoy en día con mayor frecuencia en la construcción de pozos acuíferos en hogares privados. Una característica especial de la perforación con barrena es que la roca que se extrae se retira completamente del sitio del pozo sin el uso de equipo adicional. El método se asemeja a atornillar y permite perforar profundamente y al mismo tiempo eliminar la tierra innecesaria.
La herramienta utilizada para perforar se llama barrena. Es una varilla de metal con cuchillas. Al atornillarse en el suelo, la barrena destruye la roca que queda en sus palas. Debido al diseño específico del sinfín, es imposible liberar completamente la cara del vertedero. Por tanto, se utiliza principalmente para la penetración de las capas superiores.
La perforación con barrena no requiere mucho esfuerzo ni costos económicos, por lo que el ámbito de aplicación de este método es bastante amplio: pozos de exploración geológica, tendido de comunicaciones, construcción de pozos perforados y parcialmente perforación de agua.
Ahora se utiliza activamente para la construcción de pozos abisinios, para no clavar completamente la aguja en un suelo denso, sino para facilitar ligeramente el proceso de inmersión del pozo en una roca previamente destruida.
El método es adecuado para desarrollar pozos acuíferos de hasta 30 m de profundidad en suelos blandos y sueltos y de hasta 20 m en suelos de densidad media. Después de perforar con una barrena e instalar la carcasa, se debe limpiar el pozo de roca no extraída con un achicador.
¡El sinfín no es en absoluto adecuado para trabajar en zonas rocosas! Se utiliza para la perforación parcial de pozos de hasta 120 m, mientras que este método se combina con otros: rotativo, de cuerda de choque, con núcleo.
Equipos y herramientas involucradas.
La perforación con barrena se realiza mediante una plataforma de perforación, cuyo elemento principal es una herramienta de perforación de tipo tornillo hecha de metal de alta resistencia. La sarta de perforación se expande con barrenas del mismo tamaño a medida que se profundiza.
El kit incluye a veces brocas con cuchillas, necesarias para el paso de rocas sueltas, así como brocas con cabeza redonda o cónica, utilizadas para el desarrollo de rocas duras.
La mayoría de las plataformas de perforación modernas están equipadas con conjuntos huecos equipados con bloqueos reversibles que evitan que la herramienta se mueva en la dirección opuesta.
Durante el proceso de perforación, las partes cortantes de la barrena son enfriadas por el suelo desarrollado y la roca desarrollada se eleva en espirales. Esto permite realizar la perforación sin detenerse, lo que reduce significativamente el tiempo y los costos de energía para crear un pozo acuífero.
Tecnología de perforación con barrena
Una vez completada la penetración, cuya profundidad es de 1,5 a 2,0 m, se retira la barrena y se caja. El diámetro del pozo de entrada de agua perforado con una barrena es de 50 a 200 mm y depende del tamaño de la herramienta utilizada.
El colapso de las paredes del pozo se evita mediante tuberías de revestimiento. Esto es especialmente importante para suelos sueltos y no cohesivos, por lo que los perforadores tienen una regla: al perforar margas arenosas y margas, use barrenas con hojas colocadas en un ángulo de 30 a 60º, y al perforar arena densa, herramientas con hojas en ángulo. de 90º.
Con una menor inclinación de las vueltas de la espiral de la barrena, la barrena transporta una mayor cantidad del vertedero desconectado a la superficie.
Pros y contras de usar una barrena
El método de perforación con barrena le permite construir un pozo lo más rápido posible, siempre que se hayan seleccionado correctamente el tamaño de la barrena y el ángulo de inclinación de la broca.
Las ventajas de la perforación con barrena incluyen:
- el suelo sube a la superficie inmediatamente durante el proceso de perforación;
- alta velocidad de profundización del suelo sin paradas tecnológicas;
- no es necesario lavar el pozo;
- se puede utilizar una barrena compacta o una barrena manual para perforar el interior de la casa (en el sótano);
- no hay necesidad de levantar el primer eslabón a la superficie y desmontar/ensamblar la sarta de perforación como con el método del núcleo.
La principal desventaja de la perforación con barrena puede considerarse la imposibilidad de trabajar en suelos sueltos y muy duros, pero al mismo tiempo, una barrena es una herramienta ideal para perforar en suelos arcillosos, mixtos (arcillosos y franco arenosos) y arcillosos blandos.
Otro inconveniente que limita el uso de una barrena para construir pozos acuíferos es la necesidad de utilizar el método de cuerda elástica para limpiar el pozo de roca arrojada.
Semejanza barrena - bobina Ampliamente utilizado en perforación manual. Destruye la roca de la misma forma y la agarra con sus cuchillas para extraerla hacia arriba.
Características de la perforación rotativa.
La perforación rotatoria es un método de perforación por vibración rotativa, en el que la destrucción del suelo se lleva a cabo mediante una broca accionada en el fondo del pozo por el rotor de la plataforma de perforación. El rotor gira a través de un eje de transmisión procedente del motor de un automóvil o de un motor eléctrico instalado por separado.
La tierra desarrollada se elimina del pozo mediante lavado directo o inverso. La solución de lavado puede ser suministrada por gravedad o por una estación de bombeo.
La perforación rotativa se utiliza para el desarrollo de suelos rocosos y semirocosos cuando se construyen pozos profundos de hasta 150 m. Un equipo de perforación rotativa con una broca correctamente seleccionada y tubos de perforación ponderados se adapta bien a las formaciones rocosas.
Los expertos en perforación recomiendan utilizar este método de perforación sujeto a las siguientes condiciones:
- La sección hidrogeológica del sitio ha sido bastante estudiada. Se sabe que habrá que perforar rocas. Se conoce el nivel de presencia de la zona del acuífero en el lecho rocoso.
- El agua subterránea tiene una presión característica de los pozos artesianos.
- Existe la posibilidad de suministro ininterrumpido de agua técnica para lavar el pozo.
En las regiones del sur, la perforación rotativa se puede realizar durante todo el año, pero en el clima del norte el uso de este método es limitado debido a la posibilidad de congelar el fluido de perforación.
Equipos y herramientas utilizados.
La perforación rotativa de pozos acuíferos se realiza mediante un marco o torre de celosía en la que se ubican los equipos de elevación y otros elementos de la plataforma de perforación. La torre de perforación permite subir y bajar las sartas de perforación dentro del pozo.
La plataforma de perforación de tipo rotativo incluye:
- torre de estructura o celosía;
- conducir motor;
- rotor y sarta de perforación;
- equipos de bombeo y sistemas de purificación de líquidos de lavado;
- equipos de elevación, línea de presión, giratorios, sellos, etc.
Las plataformas autopropulsadas utilizan como motor el motor de combustión interna de un vehículo, sobre cuya base se ubica el complejo de perforación. En este caso, la potencia del motor regula la velocidad de la herramienta de perforación.
El rotor, mediante un dispositivo de engranaje, transmite la rotación al tubo de accionamiento, que a su vez la transmite a la herramienta de perforación principal: la broca.El cincel puede tener diferentes formas y está fabricado con materiales de alta resistencia: composites, acero diamantado, etc.
Para cada tipo de suelo se selecciona un tamaño y forma de broca especiales, garantizando así una alta eficiencia y velocidad de penetración.
La singularidad de la tecnología de rotores
La perforación rotatoria de pozos de agua se realiza en tres etapas:
- Destrucción de roca mediante cincel.
- La remoción de roca destruida a la superficie mediante una corriente de agua inyectada.
- Fortalecimiento de las paredes del pozo con tuberías de revestimiento.
La eliminación de la tierra destruida se realiza mediante lavado directo o inverso. La elección del método de lavado depende de condiciones específicas: profundidad del pozo, tipo de suelo, disponibilidad del volumen requerido de agua de lavado.
Como regla general, las granjas privadas utilizan tecnología de perforación con circulación directa, que incluye los siguientes pasos:
- clavar una broca de gran diámetro en el suelo;
- rotación de la broca bajo la influencia del rotor;
- instalación de tubos de perforación e instalación de tubos ponderados entre ellos y la broca;
- eliminación de tierra residual mediante presión de líquido mediante una bomba;
- instalación de una tubería de revestimiento para evitar que la tierra caiga dentro del pozo;
- perforando con una broca de menor diámetro y repitiendo el ciclo completo.
Durante el retrolavado, se retira la tierra del pozo a través de las tuberías de la sarta de perforación y el fluido de lavado se vierte entre las paredes del pozo y las tuberías.
El agua fluye por gravedad hacia un depósito preparado previamente, donde se limpia de tierra y lodos, y regresa a la sarta de perforación para obtener una nueva porción de roca estéril.
Ventajas y desventajas de la perforación rotativa.
La principal ventaja del método rotativo es la capacidad de perforar pozos profundos con entrada de agua en piedra caliza fracturada.
Además, este método de perforación tiene las siguientes ventajas:
- alta calidad de apertura del acuífero en el lecho rocoso;
- la posibilidad de construir un pozo de gran diámetro de hasta 200 cm;
- alta velocidad de perforación, bajo consumo de energía.
Una desventaja importante de la perforación rotativa es la necesidad de organizar el lavado de pozos.
¿Qué método de perforación debo elegir?
Todos los métodos considerados de perforación mecánica se utilizan ampliamente para la construcción de pozos acuíferos.
Resumiendo, podemos decir que:
- Es aconsejable utilizar perforación con núcleo para la penetración en suelos arcillosos plásticos.El método central es adecuado para la construcción de la mayoría de las obras de toma de agua; si es necesario, se utiliza junto con el método de cuerda elástica.
- La perforación con barrena tiene un alcance similar al método con núcleo. Se diferencia de él en la mala calidad de la limpieza del pozo y requiere el uso obligatorio de un achicador o un lavado prolongado del pozo antes de la operación.
- La perforación rotativa es la mejor opción para perforar pozos en suelos rocosos.
El costo de desarrollar un pozo utilizando un método de perforación particular depende en gran medida del equipo que se utilice, así como de las categorías de perforabilidad de las rocas perforadas.
Puedes leer sobre cómo hacer una plataforma de perforación con tus propias manos en otro. artículo popular nuestro sitio.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Vídeo #1. Demostración del principio de la perforación clásica con extracción de núcleos mediante presión de agua:
Vídeo #2. Características de perforar un pozo con barrena:
Vídeo #3. Perforación de pozos con lavado del fondo e instalación de doble carcasa, cuya parte exterior está hecha de tubos de acero, la parte interior está hecha de polímero:
Perforar un pozo acuífero es un proceso que requiere mucha mano de obra. De la corrección del método de perforación elegido dependen no sólo la velocidad de instalación de una fuente de agua autónoma, sino también los costes financieros.
Lo primero a lo que debes prestar atención al elegir un método de perforación es el tipo de suelo y la profundidad del acuífero. Con base en estos parámetros, puede elegir la mejor opción que le permitirá perforar un pozo de forma rápida y económica.
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Una vez que decidimos perforar un pozo nosotros mismos y lo lamentamos mucho, solo perdimos nuestro tiempo. Ha llegado a la conclusión de que es mejor recurrir a los perforadores, especialistas que se dedican a este negocio desde hace muchos años. Además de la experiencia, cuentan con equipos y herramientas para excavar en diferentes tipos de suelo. Pero, como dicen, ya me he familiarizado con el proceso de perforación con mis propios ojos e incluso he adquirido conocimientos gracias a este sitio. Surgió la idea de intentar perforar nuevamente un pozo en la propiedad de mi madre)))
Perforar un pozo es bastante difícil si haces todo con prudencia, lo revisas de manera competente y lo arreglas después. Al principio también pensé en encargarme de este asunto por mi cuenta, ya que puedo hacer muchas cosas con mis manos, pero no me atrevía a aventurarme aquí. Como resultado, contraté perforadores, ellos hicieron todo ellos mismos, aunque estuve cerca casi todo el tiempo y pregunté qué y cómo en el futuro) Los muchachos fueron buenos, explicaron todo claramente.
Hice todo bien. Perforar un pozo usted mismo es un proceso que requiere mucha mano de obra y, además, con una gran cantidad de sutilezas, sin saber cuáles se pueden equivocar. Hace unos años ayudé a un simulacro familiar, así que íbamos allí casi todos los fines de semana durante casi todo el verano como si fuera trabajo. Lo decidí por mí mismo: en lugar de perder el tiempo y los nervios, es mejor pagar a los profesionales, lo principal es encontrar profesionales normales.
Las ventajas de la rotativa incluyen: es posible perforar con un diámetro de hasta 200 cm, es decir.2 metros))) probablemente hasta 200 mm) en el grande, perforan en dirección a horizontes que contienen petróleo y gas (los llamados primeros metros del pozo con un fondo final de 3-4-5 mil metros ) hay una caja de perforación de 2 por 2 metros))