Perforación de pozos con barrena: características de tecnología y carcasa para perforación e instalación manual
La perforación con tornillo de pozos para agua potable es la forma más popular de perforación hoy en el territorio de los hogares privados. Es posible organizar de forma independiente un acuífero poco profundo con la ayuda de un taladro de tierra manual. Para facilitar el trabajo, a menudo use plataformas de perforación de pequeño tamaño con un accionamiento.
Explicaremos por qué este método es tan popular. Analizaremos cómo difiere de otros métodos de perforación, en qué situaciones se usa de manera efectiva. El artículo describe en detalle la tecnología de tornillo y el diseño de equipos de perforación, así como las herramientas de perforación utilizadas en la perforación manual y mecánica.
El contenido del artículo:
Los detalles de la perforación de barrena
Un pozo es un trabajo de forma cilíndrica en la corteza terrestre, que en gran medida tiene una pequeña sección transversal. Su comienzo se llama boca, la superficie lateral se llama paredes y el fondo de la mina se llama fondo.
El método óptimo de perforación se elige teniendo en cuenta el propósito funcional del pozo, el diámetro y la profundidad deseados. Es importante tener en cuenta las propiedades fisicomecánicas de las rocas que deben pasarse en el proceso de formación de la toma de agua.
La viabilidad técnica y económica de la perforación en condiciones específicas también afecta. Esta es una etapa importante en el diseño de pozos, durante la cual se determinan las soluciones tecnológicas básicas: el tipo de equipo utilizado y los modos de perforación.
Al diseñar y perforar subsiguientes pozos de agua, es necesario centrarse en el uso a largo plazo. Es importante la capacidad de mantener un débito estable y una permeabilidad constante al agua de la zona del fondo del pozo durante un largo período de tiempo.
El proceso de perforación de pozos incluye varias operaciones:
- Destrucción de la roca en el fondo, es decir, la separación de partículas de la matriz.
- Transporte de residuos a la superficie.
- Preparación del pozo para la operación limpiando y organizando el pozo, así como enjuague de extracción de agua.
La efectividad de la perforación depende directamente de las propiedades físicas y mecánicas establecidas por la naturaleza, a saber: la densidad de adición, la porosidad, la permeabilidad de los suelos incoherentes, la consistencia de las rocas cohesivas de arcilla.
Para perforar rocas, caracterizadas por enlaces monolíticos y cristalinos entre partículas, este método no es adecuado. Cuanto más fuertes son los granos minerales consolidados en la roca, más trabajo se dedica a su destrucción.
Ventajas y desventajas del método.
La perforación de barrena se utiliza en la industria, y en la ingeniería civil, y en perforación manual. Su característica distintiva es la eliminación de la roca destruida no por lavado líquido o mezclas especiales de gas-líquido, sino directamente por los detalles del proyectil de tornillo.
Distinga la perforación de barrena dirigida vertical y horizontalmente. El primer método se utiliza para la construcción de acuíferos, así como para la formación de agujeros para pilas. El segundo: se utiliza cuando se establecen comunicaciones de ingeniería sin zanjas.
Este método proporciona al mismo tiempo una alta tasa de penetración en suelos no rocosos a una profundidad de 50-80 metros, lo que le permite formar inmediatamente las paredes de trabajo instalando una cuerda de revestimiento.
Otra ventaja es la extracción de tierra residual a la superficie sin levantar la herramienta. Y una cosa más: dado que no se necesita fluido de perforación para la perforación de barrena, se usa con éxito en regiones anhidras, y también se usa en períodos con predominio de bajas temperaturas.
Hoy en día, se utiliza la perforación con agregados de barrena:
- Para el dispositivo de pozos de agua individuales;
- En la construcción de cimientos a partir de pilotes atornillados;
- Para la instalación de vallas y soportes de hormigón armado;
- Al realizar tendidos de comunicaciones sin zanjas;
- Para la construcción de pozos y pozos poco profundos.
Sin embargo, también hay desventajas. Es imposible perforar un pozo en rocas de alta dureza con tornillos. Al perforar en margas duras y semisólidas, arcillas con capas intermedias de piedra caliza, pueden surgir complicaciones, y al perforar rocas abrasivas, se observa un gran consumo de perdigones.
Además, existe una restricción en la profundidad de producción. Es muy difícil construir un pozo con una profundidad de más de 80 metros de esta manera.
Tecnología de minería vertical
El sinfín es una tubería de perforación de alta resistencia con una espiral en espiral, que sirve como transportador de tornillo vertical. Bajo la acción de la carga axial, la parte de trabajo del taladro se introduce en la roca y la destruye cortando y aflojando. Al mismo tiempo, el taladro del sinfín alimenta la tierra residual a la espiral del sinfín.
Bajo la acción de fuerzas centrífugas, el suelo aflojado se eleva por las cuchillas de la sarta de perforación. El aumento se debe al deslizamiento en espiral, ya que la fricción del suelo en el tornillo es menor que en la pared del pozo.
Entonces, la roca destruida se entrega en un estado aplastado desde el fondo a la superficie, y se arroja a través de la boca del pozo.Con un transporte sin complicaciones, el suelo ocupa el 30-40% del espacio total entre turnos.
Los parámetros de las columnas de tornillo deben proporcionar un aumento rápido de toda la masa de tierra destruida por el tornillo. Sin embargo, durante la perforación, parte del suelo aflojado se desmorona hacia la cara. Por lo tanto, cuando se realiza la perforación de barrena, se requiere una limpieza más mejorada del barril, y al finalizar, se requiere un lavado obligatorio.
Perforación direccional horizontal de la barrena
Al instalar utilidades de diversos propósitos funcionales bajo obstáculos (carreteras, ferrocarriles, bosques), se utiliza la perforación de barrena dirigida horizontalmente.
En la etapa inicial del trabajo, se excavaron dos pozos: el de inicio (en funcionamiento) y el 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 monta.
Dicho equipo tiene una carrera de alimentación larga y está equipado con un cabezal de perforación resistente al desgaste hecho de acero de alta aleación. También tiene una sonda para rastrear la perforación. Al recibir señales en el monitor, el operador controla el proceso y puede ajustar la dirección del movimiento, así como el ángulo de inclinación del cabezal de perforación.
Cuando la barrena ingresa al pozo receptor, es decir, el punto final de acuerdo con el proyecto, se retira el taladro. En cambio, el expansor y la tubería son fijos. Después de eso, se inicia la rotación de las cuchillas en la dirección opuesta para apretar la tubería en el pozo terminado. Al final del trabajo de perforación, se retira una instalación de tornillo del pozo de inicio.
El método sin zanjas permite que las tuberías se coloquen bajo comunicaciones por debajo del nivel del agua subterránea de hasta 80 m. Además, todo el trabajo complejo se lleva a cabo sin el laborioso desarrollo de zanjas, lo que permite minimizar el tiempo de ejecución y reducir los costos financieros.
La perforación horizontal de tornillos se usa cuando se instalan tuberías de presión e se instalan sistemas de comunicación en áreas donde la colocación por otros métodos es imposible. Ventaja principal colocación sin zanjas - rentabilidad. Además, no hay necesidad de usar concreto u otros polímeros para mantener la estabilidad de la mina terminada.
Características de la perforación en diferentes rocas.
Los parámetros tecnológicos básicos de la perforación de pozos son la carga axial y la velocidad de rotación del tornillo del transportador de tornillo. Cuando la carga aumenta, la tasa de penetración ciertamente aumentará, lo que puede conducir a varias situaciones de emergencia.
Por lo tanto, es imperativo asegurar que el volumen de roca separada por unidad de tiempo no exceda la capacidad del transportador. De lo contrario, se forman atascos en las curvas.
Como regla general, se perforan rocas arcillosas arcillosas, arenas sueltas y de densidad media sin empuje forzado. La herramienta de tornillo se introduce en el suelo bajo su propio peso, así como debido a la fuerza reactiva que surge del suministro de roca residual a la boca de una mina cilíndrica.
Las cargas axiales de hasta 5 kN generalmente se crean durante la perforación inicial de un pozo, cuando se perfora en margas arenosas sólidas, margas, arcillas, lutitas y limolitas. La frecuencia de rotación de la columna no debe exceder 1.7-3.3 s-1.
A frecuencias más altas, se producen vibraciones en el interior, por lo que los enlaces de la sarta de perforación pueden perder la conexión. Como resultado, el taladro permanecerá en la parte inferior, es casi imposible obtenerlo, lo que significa que tendrá que perforar una nueva mina. Y a bajas frecuencias, el transporte del suelo residual a la cima es muy difícil.
Con el aumento de la dureza de las rocas, aumentan las cargas axiales. La perforación en suelos de grava y gravilla de madera, margas congeladas, arenas saturadas de agua, limolitas con inclusión de cuarzo se lleva a cabo con una carga axial de 8-10 kN por bit y una velocidad de rotación de la columna de 1.3-2.2 s-1.
Las piedras y rocas con la inclusión de rocas por el método de barrena no se perforan. Estos fragmentos de roca redondeados se destruyen con un cincel y un achicador los saca a la superficie.
La perforación en arenas de varias densidades y grados de saturación con agua, grava y depósitos de grava se lleva a cabo a altas velocidades y al mismo tiempo fortalece las paredes de la carcasa con la carcasa.
Para evitar esto, reduzca la velocidad de perforación al mínimo posible, pase el hilo y agregue agua al pozo. Además, en una situación similar, el levantamiento periódico de la herramienta de perforación a la superficie y la limpieza de la marga adherida ayudan.
Herramientas de perforación de barrena
Las herramientas para la perforación de pozos de barrena por tipo de construcción se distinguen por el número de vueltas y la geometría de la pieza de corte. Para perforar en margas y margas arenosas sólidas y semisólidas, a menudo se utilizan conchas de perforación, cuyo borde está equipado con incisivos adicionales.
Muy a menudo, solo se utiliza un sinfín de arranque sin adiciones para conducir la toma de agua privada para los comerciantes privados, como La perforación tendrá rocas sedimentarias cohesivas e incoherentes. Al profundizar, la herramienta simplemente se extiende con varillas de perforación.
En este caso, el proyectil se retira del pozo cada 0.5 - 0.7 m para despejar el taladro y el fondo de la roca destruida. Esta es una opción de perforación más económica, pero también más laboriosa.
Para perforar rocas y guijarros que se pueden encontrar en suelos sedimentarios, cambian al método de cuerda de choque. Como regla general, se utiliza un cincel hecho de acero para herramientas. Este ejercicio, apuntado desde la parte inferior, se "lanza" en la cara con fuerza hasta que destruye la "barrera sólida".
Después de la destrucción de la piedra o roca, los fragmentos se retiran a la superficie con un vidrio (tubo central) o achicador. Luego vuelven a cambiar al método de tornillo. Muy a menudo, para perforar una mina, uno tiene que usar varios métodos de perforación en combinación.
Al perforar arenas sueltas y margas blandas, los sinfines de perforación se utilizan con cuchillas giradas hacia la parte inferior para ángulos de 30-60 °, y para perforar en formaciones de arcilla cohesivas: 90 °.
Esta espiral se obtiene enrollando cinta de acero de alta resistencia con un diámetro de 5-7 mm en un mandril de tornillo. Se estira sobre una tubería / varilla y luego se suelda.
Cuanto mayor es el diámetro del tubo base, menor es la capacidad de transporte del tornillo. Sin embargo, el diámetro del producto largo está limitado por la resistencia mecánica del tornillo, así como por la tecnología de su producción.
Hoy se fabrican dos tipos de tornillos:
- Con un agujero central, es decir, hueco;
- Ponderado - sin agujero.
Para minimizar el desgaste del transportador de tornillo durante la perforación en rocas abrasivas, se atornilla una tira de acero en el borde exterior o se deposita una capa de metal en la superficie.
A altas velocidades de perforación de barrena sobre la carcasa, se fija un adaptador especial con bobinado bidireccional de fleje de acero. En este caso, la mayor parte de la roca cae sobre un transportador de tornillo sin moler.
Al final de la tubería con una espiral enrollada, los elementos de conexión están necesariamente soldados. Hay dos tipos de conexión por tornillo: sin rosca y roscada.En el primer caso, los tornillos están conectados con cerraduras de embrague y se mantienen a expensas de los dedos de metal con abrazaderas, en el segundo caso, atornillando.
La conexión roscada de los tornillos en la sarta de perforación permite mecanizar su conexión y desconexión al realizar operaciones de elevación, al suministrar líquido a la cara. Pero hay una desventaja significativa: en este caso no hay posibilidad de rotación inversa de los tornillos. Y por lo tanto, una conexión sin hilos se ha generalizado.
Las plataformas de perforación especiales, como regla, incluyen un conjunto de tornillos de diferentes diámetros.
Los tornillos huecos con un tipo de conexión roscada se usan durante la perforación con una purga, para bombear agua durante la excavación de trabajos cilíndricos en la corteza terrestre, para instalar una carga en pozos geofísicos, para bombear hormigón en aberturas debajo de pilas. También se pueden usar como carcasa.
Cuando se perfora con una cara continua, el canal central se bloquea con una herramienta de perforación en una cuerda.
Descripción general de la plataforma de perforación
Para taladrar con tornillos, utilizar como herramientas de manoe instalaciones mecanizadas. El diseño más simple es un taladro de tierra manual. Consiste en una varilla / tubo con un cuchillo en forma de tornillo y un mango en T rígidamente fijo.
Este tipo de herramienta aburrida se atornilla al suelo como un sacacorchos. En el proceso de conducir una mina, se incrementa con barras. Los sinfines manuales de tierra se hacen plegables para que sea más conveniente transportarlos en turismos. También le permite cambiar la longitud de la sarta de perforación.
Con una herramienta manual, puede hacer agujeros de hasta 2 metros de profundidad con un diámetro de no más de 20 centímetros. Hay taladros de motor con motor de gasolina o eléctrico. Su diseño incluye un transportador de tornillo, es decir, un tornillo y un motor con una caja de engranajes. La rotación del eje del motor proporciona el movimiento del sinfín.
Usando una herramienta eléctrica en presencia de barras de perforación para construir, puede perforar pozos de hasta 25 metros de profundidad. Con un diámetro de hasta 30 centímetros se utiliza para la instalación de postes de alumbrado público, para la instalación de pilares de cercas, pozos para la inspección de los cimientos, base del suelo.
Las unidades móviles son máquinas pequeñas con motor eléctrico o de gas. Con su ayuda, puede perforar rápidamente bien por dar preparar una gran cantidad de hoyos para soportes de diversos propósitos funcionales.
A menudo, estas plataformas de perforación se realizan en forma de remolque para turismos para facilitar el transporte al lugar de trabajo.
En la construcción civil e industrial, para la formación de trabajos de gran profundidad y diámetro, se utilizan equipos especiales de tornillo, fijados en equipos móviles: camiones, tractores.
Se utiliza en la instalación de pilones para líneas de alta tensión y postes de alumbrado público, al instalar torres para estadios, centros deportivos, instalaciones industriales y aeródromos. Además, con la ayuda de las plataformas de perforación de barrena, se construyen cercas de ranura y machihembrado en los equipos móviles, se instalan pilas de tornillos.
Video útil sobre el tema
Perforación de barrena de un pozo de agua de 20 m de profundidad en un hogar privado:
Este video muestra la tecnología de perforación horizontal de pozos de barrena para colocar comunicaciones debajo de la carretera:
El dispositivo de pilotes con un sinfín continuo de gran diámetro con un canal central.Para el trabajo, se utilizan la plataforma de perforación Bauer BG-30 y la bomba de hormigón estacionaria de alto rendimiento Liebherr:
El método de tornillo proporciona altas tasas de perforación de pozos. El desarrollo del pozo y el suministro del suelo trabajado desde el fondo hasta la boca del pozo ocurre de manera simultánea y continua, lo que ahorra tiempo, los esfuerzos de los perforadores y los fondos invertidos en el proyecto. Por lo tanto, el método de perforación con tornillo también 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 el método sea popular. En cuanto a la perforación manual con un tornillo, esto es para masoquistas, o cuando no hay absolutamente ningún dinero, y el pozo es muy necesario.