Perforación de pozos rotativos: una descripción general de la tecnología de perforación y equipos esenciales

Si una casa de campo no se puede conectar al suministro central de agua, debe organizar un sistema autónomo. La mayoría de los propietarios prefieren organizarlo en función del pozo, en cuyo desarrollo se utilizan varios métodos. Consideraremos la perforación de pozos rotativos, una opción muy prometedora, pero hasta ahora poco conocida.

En nuestro artículo, las complejidades de la tecnología de rotor y las herramientas utilizadas se describen en detalle. Se examinan las ventajas y desventajas de esta técnica, y se presentan métodos para su implementación en la práctica. Nuestros consejos serán útiles para los propietarios prudentes de parcelas privadas que desean monitorear el trabajo de los perforadores.

Definición de perforación rotativa

Para comenzar, analicemos de qué se trata la perforación rotativa de pozos y cuáles son sus alternativas. La perforación con barrena todavía se reconoce como una de las formas más comunes de extraer agua.

Sin embargo tecnología de tornillo no permite pasar roca madre rocosa. El taladro de tornillo utilizado en la perforación de tornillo no puede destruir la piedra caliza. Pero a menudo sucede que necesitas perforarlo porque Las capas superpuestas no son estables y suficientes para el caudal de operación.

La tecnología de perforación con núcleo y sinfín no brinda la oportunidad de atravesar formaciones rocosas. En el caso de instalar un pozo en piedra caliza, es más eficiente y económico usar el método rotativo de perforación

Por lo tanto, la tecnología rotativa, anteriormente utilizada solo en la industria minera, comenzó a introducirse en el alcance de la construcción de instalaciones privadas de toma de agua. Su elemento de trabajo está un poco ubicado en la parte inferior del pozo. Usando un cincel, se destruyen los suelos cohesivos e incoherentes, se aplasta el lecho rocoso rocoso.

La excavación de la roca destruida se lleva a cabo con la ayuda de un líquido, que se suministra a la cara a través de una columna de trabajo o anular espacioEstos son 2 métodos de perforación diferentes, cada uno de los cuales se discutirá en detalle a continuación.

El diámetro de la broca excede el diámetro de la columna de trabajo, lo que permite:

• reducir los costos de energía para todo el proceso de perforación (la energía aquí se gasta directamente solo en girar con la fuerza de la broca en la cara, y las pérdidas por fricción de la cadena de trabajo contra la pared del pozo se minimizan);
• proteja la mayoría de los elementos de la cadena de trabajo del daño, así como las paredes del pozo perforado de la destrucción;
• cree perforaciones de diámetro impresionante (por ejemplo, hasta 70 cm) a profundidades extremadamente impresionantes.

De esta manera puedes formar acuíferos, con una profundidad de 300 metros o más, es decir para perforar tomas de agua para suministrar agua a las casas de veraneo y aldeas.

Entonces, la definición: la perforación rotatoria es una forma de desarrollar un pozo en el que la fuerza sobre la broca en la cara se transmite desde la rotación rotador a través de la columna de trabajo. Se ensambla a partir de varillas: tubos de acero estrechos que se conectan secuencialmente entre sí cambiando las profundidades en el suelo.

Pero al limpiar el tronco de la mina y la matanza del lodo, se utiliza el agua suministrada a presión. Gracias a esta decisión, no es necesario desmontar y ensamblar la sarta de perforación para la extracción del núcleo como en la perforación del núcleo.

El fluido inyectado en la mina resuelve de inmediato dos tareas importantes: libera el camino para que el taladro realice más trabajo y produce enjuagando el pozonecesario para preparar la toma de agua para la operación.

Beneficios de la tecnología rotativa

¿Cuáles son las ventajas de la perforación rotativa sobre las posibles alternativas? Hay varios de ellos.

En primer lugarUsando una broca rotativa, es posible crear pozos de gran diámetro que puedan satisfacer completamente los requerimientos de agua de varios hogares a la vez.

No es ningún secreto que la perforación no es un proceso costoso: requiere equipo especializado y los perforadores experimentados deben controlar y administrar el proceso. Después de todo, las actividades de perforación son licenciado. De ahí su alto precio.

Debido a su forma y construcción, una broca rotativa puede formar pozos de un diámetro mucho mayor que los taladros de barrena y una tubería central.

Combinar varios hogares a la vez para financiar un pozo común para sitios adyacentes es una empresa rentable. Pero esto requiere un débito significativo. En la mayoría de los casos, los acuíferos de sedimentos cuaternarios (arenas) no pueden proporcionarlos.

Naturalmente, para la operación colectiva, la toma de agua debe colocarse sobre piedra caliza. El agua subterránea extraída de ella se caracteriza por una mayor movilidad y pureza del agua. El volumen de precipitación no tiene el más mínimo efecto sobre el flujo de los pozos hacia la piedra caliza. Lo que no se puede decir sobre los pozos en la arena.

En segundo lugar, los costos de energía relativamente pequeños convencen. El elemento de trabajo para la perforación rotatoria es un cincel. Pero a diferencia de la barrena y perforación central, la herramienta de perforación no interactúa con las paredes del pozo perforado

Es decir, solo una parte cuya altura es insignificante en relación con la altura de toda la sarta de perforación está en contacto directo con el suelo. Como resultado, este método de formación de pozos es el más rápido: ¡hasta 1000 metros lineales por mes!

En tercer lugar, los clientes colectivos se sienten atraídos por la profundidad de la perforación. Solo el método rotativo puede usarse para perforar un pozo enterrado en rocas metamórficas e ígneas indígenas, desde cuyas grietas se puede bombear agua, cuya composición es más adecuada para beber.

Muy a menudo, solo el agua industrial se extrae de las tomas con una profundidad de menos de 30 m.Su composición está influenciada por cuerpos de agua cercanos, ríos llenos de basura, precipitaciones y solo líquidos técnicos derramados en el suelo. El tornillo y el tubo central ayudarán a obtener solo una entrada de este tipo.

El conjunto completo de equipos de perforación se monta fácilmente en una única plataforma automotriz de servicio mediano. Esto hace que el proceso de perforación rotativa sea mucho más avanzado tecnológicamente y, por lo tanto, más barato.

Además, la perforación rotativa le permite pasar por el desarrollo a profundidad completa sin cambiar a otro método de perforación. Cuando se desarrolla un pozo con un tornillo, por ejemplo, si es necesario perforar una roca, cambian a una técnica de cuerda de choque.

Para esto, se retira una cáscara de tornillo del barril y la broca se lanza hacia la cara hasta que se rompe una roca. Luego masacre despejado por un achicador. Se usa si es necesario elevar arena saturada de agua a la superficie, que no es cursi en la tubería central.

La práctica muestra que los pozos perforados por el método rotativo tienen una vida más larga. Tecnológicamente, esto se debe al hecho de que después de la instalación de la sarta de revestimiento que forma las paredes del pozo, el anillo se fortalece aún más.

Bien equipo

Primero, se monta una consola vertical en la superficie sobre el pozo para una mayor sujeción de los enlaces verticales de la cuerda de trabajo. El primer eslabón de este eje de perforación está equipado con un elemento de trabajo, una broca, que puede tener un formato diferente, dependiendo de la categoría de roca para la capacidad de perforación.

Por supuesto, se usa un equipo más compacto para perforar acuíferos, y generalmente no se requiere la formación de una torre designada

Conjunto de herramientas de taladro

Al profundizar el primer enlace, la vela, la siguiente, llamada barra, se monta en él, 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 un bloqueo.

Como resultado, se forma un ejercicio, que consiste en:

• bit de trabajo
• barra de plomo;
• columnas de varillas ordinarias interconectadas por acoplamientos.

La sujeción de la columna de trabajo se lleva a cabo mediante giros, cuya rotación la realiza el rotor. Dependiendo de qué tan profundo se supone que debe perforar, y también qué propiedades físicas y mecánicas del suelo, se utilizan varillas estándar o pesadas para formar el enlace principal.

La varilla de accionamiento, como regla, es una tubería con peso, porque tiene una importante misión tecnológica. A través de él, una solución de lavado entra en la cara de la broca, cuya tarea es lavar la roca triturada. Y esto, a su vez, plantea requisitos para unir las uniones, cuya tarea es sellar las uniones entre los enlaces.

No olvide que la presión del fluido depende directamente de la altura de la columna formada (y no depende de la sección transversal de la tubería). Además, incluso si se usa 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 doméstica de la casa es de 10 atmósferas, y las tuberías más duraderas están diseñadas para una presión de 20 atmósferas.

Solo si los sistemas domésticos son estacionarios y no se mueven, entonces la presión es igual al peso de la sarta de perforación en la barra de transmisión. Pero todavía tiene que transmitir el impulso rotacional y la fuerza a la broca.

Los acoplamientos son los elementos más importantes de la varilla, ya que son ellos los que representan el peso de toda la parte inferior de la varilla adyacente, así como la carga de las vibraciones dinámicas y el movimiento de rotación impartido por el motor.

Los siguientes requisitos se imponen a los acoplamientos como elementos estructurales de una sarta de perforación:

• debe asegurar la estanqueidad de la conexión de las varillas y soportar la presión del fluido hasta 100 atmósferas (para limpiar el fondo de la corriente de presión);
• debe ser resistente al desgaste, para que no se vuelva inutilizable al frotar contra las paredes del pozo;
• debe poder transmitir el par desde la parte superior de la cadena de trabajo hacia la parte inferior y, finalmente, a la broca.

Es imperativo que los acoplamientos sean de la calidad adecuada. Si al menos uno de ellos no puede soportar la carga y la cadena de trabajo está rota, será extremadamente difícil juntar su parte inferior con la broca. En términos de gastos de capital, a veces es más fácil perforar un nuevo pozo cercano que obtener una varilla de plomo separada.

Uso de agua durante la perforación.

El líquido que se suministra a la cara suele ser agua corriente. A veces, para estabilizar el tronco que pasa a través de rocas sueltas incoherentes (arena, grava, grava y depósitos de guijarros), se introduce una solución con aditivos de perforación en el pozo. Esto es necesario porque la carcasa no se coloca en las primeras etapas de penetración.

El agua ingresa a la salida bajo presión dentro de la varilla de transmisión (y luego bombea a través de anular espacio), o por gravedad hacia abajo a través de anular espacio, y la eliminación ya se está realizando a través de la columna de trabajo con una bomba de succión.

Estas son 2 tecnologías diferentes de perforación rotatoria, cuyas características se discutirán a continuación.

La perforación rotativa se caracteriza por la mayor tasa de desarrollo de un pozo de agua. Al mismo tiempo que la perforación, el barril se descarga y el desarrollo está preparado para la próxima operación.

Sin embargo, no importa qué método se utilice, el fluido utilizado en la perforación en todas partes debe limpiarse (para su uso posterior).

Para hacer esto, use el siguiente equipo:

• Granero de almacenamiento de fluidos de perforación. (Si planea perforar un pozo poco profundo, dentro de unas pocas docenas se puede disponer directamente en el suelo, y se usa agua común como fluido de lavado). El granero actúa como una batería para el lavado del fluido.
• Vibrosieve La solución de lavado, levantada del pozo, transporta partículas de roca triturada que deben eliminarse. La forma más efectiva es mecánica utilizando pantallas vibratorias.
• Tanque de sedimentación. Después de la eliminación de partículas grandes de la roca, el líquido ingresa al sumidero para eliminar las partículas suspendidas que precipitan. Cuando se usa agua como líquido de lavado, a veces también se construye un sumidero directamente en el suelo. Además, para la separación de sustancias líquidas y la separación de sedimentos se utiliza hidrociclón.
• Bomba de lodo. Es él quien proporciona la circulación de la solución de lavado.
• Sistema de canalones. Son necesarios para el movimiento del agua desde el punto de formación de la mina hasta el lugar de su purificación.

En total, se necesitan los siguientes mecanismos y equipos para desarrollar un pozo utilizando tecnología rotativa:

1. Torre o consola para ensamblar la sarta de perforación de las varillas y desarmarla al final de la perforación, así como un sistema de aparejos.
2. Motorproporcionando la rotación de un rotor.
3. Equipo fluido. Mecanismos y dispositivos para hacer circular el líquido de lavado y limpiarlo (bomba; criba vibratoria; sumideros y / o hidrociclón; un granero para almacenar fluidos de lavado; sistema de tuberías y canalones).

Para la perforación rotativa de pozos poco profundos, el conjunto completo de equipos enumerados es muy compacto (por ejemplo, el brazo de la consola se pliega). Esto facilita colocar el equipo de perforación en cualquier lugar conveniente para la perforación y la operación posterior.

Dos opciones de perforación rotativa

Dependiendo del método de suministro de fluido de lavado a la cara, existen 2 tipos de tecnología de perforación rotatoria:

1. alimentación directa;
2. con alimentación inversa.

Cabe señalar que el líquido suministrado a la cara está destinado no solo para enjuagar y eliminar la roca triturada. También enfría la broca, que está muy caliente por la fricción. En el caso del suministro directo de fluido, la bomba crea su sobrepresión.

El agua ingresa a la cara a través de los agujeros tecnológicos en la broca, "recoge" la roca triturada y luego por gravedad a través del pozo (es decir, a través de anular el espacio en relación con la varilla delantera) ingresa a la superficie, donde ingresa al complejo de limpieza (criba vibratoria, hidrociclón).

El lavado puede ser directo o inverso, de lo que dependerán las características cualitativas del equipo utilizado, pero el diagrama del circuito es válido para ambos tipos de tecnología.

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 material triturado regresa a la superficie a través del tubo de varilla de plomo. La bomba de lodo en este caso crea presión negativa en ella.

A pesar de la aparente simplicidad de ambas tecnologías, hay muchos más matices de lo que parece a primera vista. Por lo tanto, parece apropiado detenerse en cada una de estas tecnologías de perforación con más detalle.

Perforación directa

Esta tecnología a veces se llama "curso de agua directo". Es aconsejable usarlo en suelos arenosos, de grava y grava. También se usa si la profundidad del acuífero no excede los 30 m. Es aquí donde se agregan aditivos al fluido que aumentan su densidad y estabilidad del tronco.

La perforación rotatoria se caracteriza por una disminución gradual del diámetro del pozo que se está perforando. En otras palabras, primero se perfora el pozo de mayor diámetro, luego dados tubería, y el espacio anular entre la superficie exterior de la tubería y la pared del pozo a través de agujeros tecnológicos se rellena con mortero de cemento.

La perforación adicional continúa con un cincel más pequeño. Luego, nuevamente la carcasa, y la nueva sección tiene un diámetro aún más pequeño, etc. Cuanto menos sea necesario "distraerse" cementando el pozo, mayor será la productividad de perforación, lo que finalmente se traduce en el costo total del proceso y del pozo en su conjunto.

Además, el revestimiento demasiado frecuente conduce al hecho de que el diámetro efectivo del pozo (el diámetro que abre el acuífero) se reduce considerablemente. Por lo tanto, el "curso de agua directo" se caracteriza por el hecho de que el pozo con este método de formación no puede ser revestido hasta 100 metros.

La presión principal del fluido de lavado es creada por 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 un exceso de presión.

Patrón de flujo de fluido de perforación de perforación directa. Su sumisión a la cara se lleva a cabo a través del tubo de la varilla principal, y se eleva a la superficie por gravedad.

Sin embargo, este método de perforación tiene sus desventajas. En particular, demasiado tiempo abrir El sitio conduce al hecho de que partículas de arcilla finamente dispersas ingresan a los acuíferos, lo que puede reducir y ralentizar significativamente el flujo de agua hacia la salida del acuífero.

Estas partículas aquí juegan el papel de tapones peculiares de poros y microcanales en la 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 futura del pozo como un todo.

Lavado de perforación inversa

Con este método para controlar el flujo de fluido, el barril y el fondo se limpian mejor. La bomba aquí no exprime el líquido en el fondo, sino que, por el contrario, lo succiona y esto lleva al hecho de que la velocidad de formación del pozo con un cincel aumenta en un orden de magnitud y varias veces más en comparación con el enjuague directo.

El pozo en sí no está contaminado con inclusiones de arcilla con un flujo de fluido de lavado que fluye. Después de todo, la bomba absorbe todo lo que puede contener. Por cierto, ya no hay ningún sentido práctico en aditivos adicionales, por lo tanto, se usa agua pura como el mismo líquido de lavado.

Esquema de retrolavado para perforación rotativa. El flujo es por gravedad a través del anillo, y de regreso el lodo es arrastrado por la bomba a través del tubo de la varilla de accionamiento

Entonces, para resumir las ventajas de perforar con una corriente inversa:

• la velocidad de perforación aumenta (en comparación con el curso de agua directo) hasta 15 veces;
• el acuífero no está obstruido con partículas de arcilla y granos limosos de arena de la parte inferior de corazón abierto niveles de pozo;
• Debido a la apertura de alta calidad del acuífero, el pozo no necesita estar preparado adicionalmente para la operación, puede instalar inmediatamente la carcasa interna con un filtro y comenzar a bombear con una bomba;
• El agua simple (y, por lo tanto, barata) se utiliza como fluido de trabajo.

Sin embargo, este método tiene un inconveniente significativo. Requiere la participación de equipos caros, lo que finalmente conduce a un aumento significativo en el costo de todo el proceso de perforación en su conjunto.

Por lo tanto, la perforación con un "curso de agua inverso" se lleva a cabo solo en aquellos casos en que el pozo está diseñado para ser operado por varios hogares a la vez. Pero en caso de que el pozo esté diseñado para operación individual, es mucho más razonable usar tecnología de perforación rotatoria con un curso de agua directo.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Video # 1. Demostración visual del proceso de perforación rotativa en pasos:

Video # 2. Análisis de tecnología rotativa y principios de disposición de pozos:

Video # 3. Circulación de agua durante la perforación rotatoria:

La situación con la presencia y la profundidad de los acuíferos puede ser muy diferente de un lugar a otro (pero en algún lugar no hay ninguno, como en la isla de Madeira).

Al diseñar un pozo y elegir el método óptimo de perforación rotatoria, se deben usar mapas existentes de acuíferos probados. Esto le ahorrará mucho tiempo y dinero.

Cuéntenos sobre su experiencia en el desarrollo de un pozo utilizando tecnología rotativa. Comparta matices tecnológicos que sean útiles para los visitantes del sitio. Deje comentarios en el formulario de bloque a continuación, publique una foto y haga preguntas sobre el tema del artículo.