Perforación de pozos: tecnología y matices de trabajo

Uno de los métodos más productivos y económicos para formar trabajos mineros es la perforación de núcleos. Se utiliza en exploración de campo y geología de ingeniería. Además, esta es la forma más fácil y rápida de obtener acceso al agua subterránea para la organización del suministro de agua.

Aprenderá todo sobre los detalles de la perforación del núcleo, la herramienta requerida para su implementación y las características de la aplicación de nuestro artículo.

Alcance de la perforación del núcleo

La perforación del núcleo es un método que permite con la mayor precisión determinar la profundidad del techo y el fondo de las capas del suelo, así como la marca de profundidad del espejo de agua subterránea.

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

• Abastecimiento de agua en el ámbito industrial y privado. La perforación de pozos para el suministro privado de agua, la organización de la toma de agua de pueblos enteros o bloques de la ciudad se realiza de manera efectiva mediante la perforación del núcleo debido al hecho de que la perforación penetra fácilmente a grandes profundidades. Un proyectil central es capaz de levantar casi cualquier roca destruida, excepto los suelos incoherentes saturados de agua y sueltos (arena, grava, guijarros);
• Exploración en la industria minera. Cuando la roca pasa, se produce un punto de impacto en el suelo a lo largo del radio de rotación. En otras palabras, una carcasa, que se asemeja estructuralmente a una tubería, perfora una masa de roca sólida sin alterar su estructura y condición.
• Construcción. Realización de investigaciones de ingeniería y geología para estudiar las propiedades físicas y mecánicas de los suelos, el estado de las rocas. La tecnología de columna brinda la oportunidad de determinar con precisión el nivel de agua y tomar muestras de agua para estudiar su agresividad con respecto al concreto.

Durante la perforación del núcleo, se extrae un núcleo: una columna de suelo o capas de suelo adyacentes. El núcleo se caracteriza por una estructura natural integral, que proporciona un análisis exhaustivo de la roca estudiada. Perforar con un tubo central permite determinar la profundidad de la roca con la mayor precisión para el estudio.

La perforación del núcleo asegura la integridad del núcleo extraído, lo que contribuye al estudio cualitativo de la roca. Al mismo tiempo, se realiza la limpieza de la cara de la roca destruida de la más alta calidad.

El uso del taladro de núcleo en la construcción facilita y acelera enormemente los procesos. Una pila se martilla fácilmente en el agujero preparado por un taladro de núcleo o se monta una estructura de hormigón armado prefabricada. La perforación del núcleo le permite crear agujeros cilíndricos en estructuras de ladrillo y hormigón.

Tecnología y equipamiento de trabajo.

Se conocen dos métodos para usar un taladro de núcleo: trabajar con el suministro de fluido a la cara o al seco, es decir, sin perforar lodo.

La perforación sin el uso de fluido de perforación se usa si los suelos incoherentes están saturados con humedad natural en una cantidad suficiente para la penetración y extracción. Tampoco se introduce agua en el eje de trabajo cuando pasa a través de fluidos / plásticos blandos y plásticos rígidos, franco / arcilloso, duro y plástico franco arenoso.

El líquido se usa sin falta al perforar rocas rocosas y semi-rocosas. En ausencia de agua en este caso, el receso es mucho más lento. Además, la probabilidad de falla prematura de la corona aumenta significativamente y, por lo tanto, la perforación en seco se considera más costosa.

La tecnología de perforación de núcleos con enjuague permite no solo extender el servicio del equipo de trabajo, sino también la forma más rápida y que requiere menos tiempo para liberar la superficie de la roca destruida

Cuando se perfora con fluido de perforación, la tasa de profundización aumenta significativamente. Muy a menudo, este método se usa cuando se perforan pozos de profundidad significativa. Esto le permite realizar el trabajo en el menor tiempo posible con un riesgo mínimo de daños en la corona.

Durante el desarrollo del pozo, se suministra agua inmóvil a alta presión en suelos sueltos e incoherentes, si la extracción de núcleos no es una tarea. En este caso, con una corriente de agua simplemente lavan la cara, liberando el eje de trabajo del suelo destruido.

El principio de la técnica de columna.

El elemento central en la perforación central es una pieza de corte destructiva montada en la parte inferior de la tubería central. La llaman corona. Para el hundimiento de rocas, se utilizan coronas especiales equipadas con herramientas de diamante.

Las coronas están cortando elementos intercambiables que se atornillan al borde inferior del tubo central. En el proceso de perforación, deben cambiarse varias veces

Es la corona de diamantes que asegura el paso casi sin obstáculos del taladro a una gran profundidad durante el paso de los trabajos de admisión de agua a la piedra caliza. Es decir, al desarrollar pozos enterrados en el lecho de roca, en cuyas fracturas como resultado de la condensación de siglos de antigüedad, se formaron las reservas del agua subterránea más pura.

Las brocas se cambian de la manera más simple: quitan la parte desgastada y atornillan una nueva corona en el tubo central

La roca se corta con una corona que gira a altas velocidades. La velocidad de rotación del taladro se puede ajustar según la densidad del suelo desarrollado. La corona "corta" el suelo solo a lo largo del borde de un cilindro peculiar, cuya parte central se presiona en el tubo central.

Para extraer el núcleo, el taladro se eleva a la superficie. El suelo capturado por él se expulsa literalmente del taladro central con una corriente de aire suministrada a la parte superior de la tubería. El proceso de soplado se acelera golpeando la carcasa con un mazo.

Durante la perforación del núcleo, se empuja un segmento de roca en forma de cono perforado en la tubería del núcleo. Para extraerlo, la carcasa del núcleo se saca del barril al desmontar la sarta de perforación. El núcleo es soplado y golpeado fuera de la tubería.

Los taladros de columna durante el paso de rocas fuertes tienen una mayor productividad que los bits de matriz y cono. Esto se debe a la alta velocidad de rotación del taladro, que reduce el grado de esfuerzo aplicado en el desarrollo.

Además, los cinceles destruyen por completo la roca que deberá ser "sacada" por el achicador o bombear agua con una cabeza para enjuagar la cara. De hecho, tendrá que pasar por el mismo segmento dos veces, o incluso tres veces: primero destruya, luego borre. La tecnología de columnas le permite atravesar y limpiar la cara de una vez.

Máquinas herramientas y equipos de perforación.

La elección de una máquina o plataforma de perforación está determinada por el propósito del pozo y su diámetro. La popularidad del método de perforación central determina la producción de plataformas de perforación y máquinas herramienta en todo el mundo. Los tractores pesados, camiones y vehículos todo terreno son adecuados para instalaciones diseñadas para perforación exploratoria.

El uso de tractores con orugas pesadas permite la perforación de núcleos en áreas con impracticabilidad, anegamiento superficial y terreno inestable.

Muy a menudo, el equipo de perforación se monta en automóviles clásicos MAZ, KAMAZ y Ural. Sin embargo, hay opciones de montaje para equipos más livianos, que se utilizan para perforar pozos de agua en construcciones privadas.

En perforación rotativa manual El tubo central se reemplaza por su predecesor histórico: el vidrio. Esta carcasa es una versión acortada del tubo central con un borde puntiagudo en la suela. Un vidrio se hace manualmente o con un taladro de motor, se tuerce en el suelo y todo lo que se acumula en él se saca a la superficie.

Para la mecanización de la perforación manual de pozos poco profundos y la formación de agujeros para la instalación de cercas y torres de transmisión de energía, se utilizan motores eléctricos y de gasolina. Informan movimientos rotacionales al sinfín o al tubo central

Equipos para hundimiento y disposición de pozos.

En la implementación de la perforación del núcleo, se necesita un equipo que le permita trabajar en profundidad, desarrollar y extraer los tipos más diversos de rocas. Durante el trabajo, se debe proporcionar un ascenso periódico a la superficie del material destruido por el proyectil.

Juego de herramientas de taladro estándar

Para un rendimiento de trabajo de alta calidad se requiere:

• Conchas de columna. Se utilizan tanto para perforación horizontal como para perforar trabajos verticales. Usando tubos de núcleo estándar, la perforación es posible en un ángulo de hasta 45 grados. Las cubiertas de núcleo de paredes delgadas solo se pueden usar para perforaciones horizontales sin zanjas cuando se colocan comunicaciones.
• Coronas Es una herramienta de destrucción de rocas que está equipado con un tubo central para facilitar el corte del núcleo en la roca. Para perforar suelos sedimentarios cohesivos e incoherentes, se utilizan coronas de latón. Para hundir rocas, formando agujeros en hormigón, asfalto, una pared de ladrillos, se producen coronas de carburo con cortadores de diamantes.
• Carcasa de acero. Son necesarios para encapsular la producción: la formación del pozo, producida 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 operar en el pozo.
• Varillas Estas son tuberías estrechas torcidas juntas. Se usa para construir la sarta de perforación. En pocas palabras, se atornillan alternativamente a la parte superior del tubo central para que pueda transmitir movimiento de rotación a una profundidad que excede la altura del proyectil.La altura de la tubería central + la altura de la cadena de barras de perforación = profundidad de producción.
• Sub Necesario para asegurar la unión de juntas roscadas de diferentes diámetros presentes en las barras de perforación, rotadoreslavado de sellos de aceite y otros accesorios.
• Tapones y sellos de lavado. Con su ayuda, se proporciona el ascenso a la superficie del suelo destruido, si no hay necesidad de seleccionar un núcleo completo. En este caso, se suministra agua a la cara, lavando el suelo destruido bajo presión sobre la superficie del día.
• Cinceles Se utilizan para profundizar el pozo en los lugares más difíciles para el paso del taladro central. Cuando se usa una broca, a veces cambian de perforación rotatoria a perforación con cuerda de choque.

La herramienta presentada es un conjunto estándar para perforar utilizando tecnología central. En algunos casos, dependiendo de la complejidad del desarrollo, se pueden requerir herramientas y equipos adicionales.

Al profundizar la excavación, una cadena de varillas de perforación se atornilla secuencialmente a la parte superior de la tubería central. Para extraer el núcleo del proyectil a la superficie, la barra después de la barra se desenrosca

Diseño del núcleo

Característica de construcción concha durante la perforación del núcleo, se debe a la máxima preservación de la integridad del núcleo y consiste en una disposición anular alrededor del paso libre. Una de las características más importantes es el coeficiente. muestreo de núcleos. Se define como la relación del diámetro del núcleo al diámetro exterior de la herramienta.

La herramienta de perforación de núcleo está estandarizada, difiere principalmente solo en diámetro. Según las características de diseño, los tubos centrales se clasifican en simples y dobles. Las conchas individuales diseñadas para trabajar en condiciones geológicas normales son excelentes para desarrollar pozos de agua.

Una herramienta doble con una tubería interna no giratoria se usa solo en la exploración geológica. Es necesario extraer muestras de rocas que se destruyen fácilmente bajo la influencia de una variedad de factores. Le permite tomar una muestra en composición natural, con un porcentaje natural de minerales y roca residual.

En el muestreo para la ingeniería y la investigación geológica, en la exploración geológica y la perforación de agujeros para la instalación de soportes de línea de transmisión de energía, se utiliza un solo tubo

Todos los tubos centrales están diseñados para el uso de purga, suministrando lodo de perforación al fondo y enjuagando el pozo. Su parte superior está equipada con un agujero tecnológico a través del cual se inyecta agua o una corriente de aire.

Especificidad de la parte cortante del proyectil.

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

Al perforar, use las siguientes coronas:

• Carburo - pequeños incisivosacanalado
• Diamante - impregnado y pequeño diamante.

Los elementos de corte de carburo están diseñados para perforar suelos "blandos". Con su ayuda, se perforan todos los tipos de rocas de arcilla de cualquier consistencia, semi-roca, arenas húmedas y de baja humedad de composición densa y densidad media. Para conducir a través de areniscas y margas, se utilizan coronas con incisivos de tungsteno-cobalto.

Pequeños incisivos Las coronas están destinadas a la perforación de dureza media de rocas pequeñas. abrasividad. Están equipados con cortadores octogonales o cuadrados. Cuando los incisivos se ubican a diferentes alturas, también se logra el sacrificio gradual, cuyas ventajas se describieron anteriormente.

El uso de coronas acanaladas mejora la circulación del fluido de lavado al expandir el diámetro del pozo

Acanalado Brocas diseñadas para perforaciones de roca dura media abrasividad. Los cortadores de tales coronas consisten en acero cilíndrico o prismático personal con inserto de carburo. En este caso, incluso en el caso de desgaste de la corona no disminuye la eficiencia de su trabajo.

Las coronas con herramientas de diamante están diseñadas para perforar rocas y semi-rocas de alta abrasividad.

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

El número de costillas está determinado por el diseño de la corona y su diámetro; pueden ser de tres a seis. La aceleración del proceso de destrucción de rocas se puede lograr moviendo las costillas en relación con la cara final de la corona. Por lo tanto, se garantiza un fondo escalonado y se facilita el paso del fluido de lavado.

Tubos de revestimiento de pozo

Tanto los tubos de acero con núcleo como con carcasa se producen de acuerdo con GOST 51682-2000. En geología de exploración e ingeniería, se utilizan para evitar el colapso del suelo en el fondo, lo que no nos permitiría comprender a qué profundidad se reemplaza una capa geológica por otra.

En disposición de las aberturas de entrada de agua tuberías de revestimiento forman las paredes del pozo. En la carcasa ensamblada a partir de ellos, se sumerge otra cadena de tubería operativa. Ahora se ensambla con mayor frecuencia de plástico. La carcasa de producción está equipada con un filtro para contener granos de arena y grava fina durante el bombeo.

Los más comunes son los tubos de revestimiento con juntas de pezón. Al mismo tiempo, las tuberías tienen una rosca interna en un lado y una rosca externa en el lado opuesto. El tronco roscado se ensambla de manera extremadamente simple y rápida.

Tanto los tubos de núcleo como los de carcasa están roscados, de un extremo al exterior, del otro al interior. Esto le permite ensamblar rápida y fácilmente la carcasa. Las dimensiones de las roscas están unificadas: cualquier carcasa puede servir como tubería central, solo atornille la corona y la parte superior

Hay tuberías de revestimiento diseñadas para uniones soldadas. No se utilizan en el sector privado debido al laborioso proceso de ensamblaje de columnas.

Tanto la carcasa como los tubos centrales están hechos de acero de grado 45 con un grupo de resistencia "K". Para aumentar la resistencia al desgaste de la superficie, los extremos de las tuberías están endurecidos. Dependiendo del equipo de perforación utilizado y el diámetro bomba sumergible En el dispositivo de aberturas privadas de entrada de agua, se utilizan tuberías con un diámetro de 100 a 200 mm.

Etapas de perforación del núcleo

Antes de comenzar a trabajar, debe estudiar el plan catastral y preparar la superficie de trabajo. Es necesario asegurar el acceso sin trabas al sitio de perforación tanto de la plataforma de perforación como de la máquina con fluido de lavado.

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

A continuación, la corona seleccionada se conecta a la tubería de perforación central y la selección tubo de revestimientoque se profundizará a medida que se profundicen. La instalación debe estar firmemente fijada, después de lo cual se lanza la plataforma de perforación.

Tecnología de columna con lavado del fondo del agua con la forma más simple y rápida de liberar el eje de trabajo de la roca destruida

A medida que el taladro central se profundiza y se llena, se levanta periódicamente a la superficie del día y se limpia del suelo capturado por la herramienta durante la perforación. Luego, el núcleo liberado del núcleo puede sumergirse nuevamente en el orificio del pozo para continuar perforando.

Para subir la sarta de perforación, que consiste en un núcleo de proyectil y varillas, desmantelado. Es decir, la barra después de la barra se separa secuencialmente hasta que el tubo central se retira del barril.

La mejor opción para desarrollar un pozo para comerciantes privados es la perforación de núcleos, seguida de la descarga. No se deben tomar muestras en este caso. Lo principal es formar rápidamente el barril y limpiarlo de lodo. trabajo de desarrollo para la próxima operación.

Para el lavado, puede usar cualquier agua, es bastante adecuada desde un estanque o río cercano. La perforación también se puede hacer en seco si se está desarrollando un pozo de arena. Por lo general, en este caso, un par de cubos de agua como fluido de perforación es suficiente solo para enfriar la carcasa en el fondo.

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

Cuando trabaje en arena suelta y de baja humedad, para fortalecer las paredes del orificio en la solución de trabajo, se recomienda agregar vidrio líquido o masa de arcilla. En cualquier caso, cuando el taladro atraviesa el horizonte con una estructura inestable, se justifica fortalecer las paredes del pozo con tuberías de revestimiento.

Características tecnológicas del proceso.

En el proceso de profundización, es posible ajustar la velocidad del taladro. Cabe señalar que las capas de rocas sedimentarias se perforan fácilmente a bajas velocidades. Pero al pasar las formaciones rocosas indígenas, se requiere un aumento en la frecuencia de rotación. Con el método de perforación del núcleo, es posible pasar formaciones de varias composiciones y de cualquier dureza.

Es necesario tener en cuenta el hecho de que la plataforma de perforación debe ubicarse en una plataforma horizontal nivelada preparada. El ángulo de penetración se puede ajustar si el diámetro del orificio que se está desarrollando no excede de 1 metro. Entonces la verticalidad de la producción es apoyada por la carcasa.

Las tuberías de revestimiento pueden reutilizarse si inmediatamente después del hundimiento se retiran de la mina. Un tubo central es una carcasa reutilizable, que no se puede decir de las coronas. La perforación en el horizonte sedimentario requiere al menos dos, o incluso más. Al construir un pozo en piedra caliza, es imposible predecir con precisión el número de coronas borradas.

Para prolongar la vida útil del núcleo de diamante después de haber sido instalado o reemplazado, 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 con una alta capacidad de carga o en una oruga equipo especial en caso de trabajo en terreno difícil. Se puede usar un equipo móvil más liviano para perforar núcleos de pozos de agua.

Ventajas y desventajas del método de columna.

Debido a la acción puntual de la corona, se garantiza un corte y extracción precisos de un solo núcleo en la superficie a lo largo de su radio. La tecnología es aplicable para perforar hasta XII categorías, puede trabajar tanto perpendicularmente como en ángulo.

Uno de los indicadores más importantes del método central se considera alta productividad y velocidad de perforación.

Además, se pueden distinguir las siguientes ventajas:

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

Junto con las ventajas, la perforación del núcleo también tiene sus inconvenientes:

• Cuando se trabaja en rocas fracturadas, a menudo se produce un atasco del núcleo, lo que lleva a la necesidad de quitar la tubería para golpearla.
• Durante el paso de rocas duras debido al sobrecalentamiento y el agarre de la corona se opaca rápidamente. Para evitar esto, es necesario usar refrigerante y reducir la velocidad de alimentación. Como resultado, la velocidad de perforación se reduce.
• La pequeña sección transversal (hasta 200 mm) de perforación no permite el uso de potentes sumergible bombas.

Cuando se desarrollan pozos de agua en el caso de utilizar una solución de arcilla durante la apertura del depósito, existe una alta probabilidad de sedimentación del acuífero.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Video 1. La etapa inicial de la perforación de pozos por el método central:

Video 2. Perforación de núcleos en roca de granito:

El inicio de las operaciones de perforación del núcleo debe ir precedido de un cálculo económico. El cumplimiento de las normas de seguridad y las reglas de operación del equipo minimiza el riesgo de falla, lo que garantiza una alta eficiencia, velocidad de perforación y reduce los costos económicos.

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