Perfuração rotativa de poços: uma visão geral da tecnologia de perfuração e equipamentos essenciais

Se uma casa de campo não puder ser conectada ao abastecimento de água central, você precisará organizar um sistema autônomo. A maioria dos proprietários prefere organizá-lo com base no poço, no desenvolvimento do qual vários métodos são usados. Consideraremos a perfuração rotativa de poços - uma opção pouco promissora, mas até agora pouco conhecida.

Em nosso artigo, os meandros da tecnologia do rotor e as ferramentas utilizadas são descritas em detalhes. As vantagens e desvantagens dessa técnica são examinadas e são apresentados métodos para sua implementação na prática. Nossas dicas serão úteis para os proprietários prudentes de terrenos particulares que desejam monitorar o trabalho dos perfuradores.

Definição de perfuração rotativa

Para começar, vamos analisar o que é a perfuração rotativa de poços e quais são suas alternativas? A perfuração sem-fim ainda é reconhecida como uma das maneiras mais comuns de extrair água.

No entanto tecnologia de parafuso não permite passar rocha rochosa. A broca de parafuso usada na perfuração de parafusos não é capaz de destruir o calcário. Mas muitas vezes acontece que você precisa fazer um drill, porque as camadas subjacentes não são estáveis ​​e suficientes para a vazão da operação.

A tecnologia de perfuração de brocas e brocas não oferece a oportunidade de passar por formações rochosas. No caso de instalação de um poço em calcário, é mais eficiente e econômico usar o método rotativo de perfuração

Portanto, a tecnologia rotativa, anteriormente usada apenas na indústria de mineração, começou a ser introduzida no escopo da construção de instalações privadas de captação de água. Seu elemento de trabalho está um pouco localizado na parte inferior do poço. Usando um cinzel, solos coesos e incoerentes são destruídos, a rocha rochosa é esmagada.

A escavação da rocha destruída é realizada com a ajuda de um líquido, que é fornecido à face através de uma coluna de trabalho ou anular espaço.Estes são 2 métodos de perfuração diferentes, cada um dos quais será discutido em detalhes abaixo.

O diâmetro da broca excede o diâmetro da coluna de trabalho, o que permite:

• reduzir os custos de energia para todo o processo de perfuração (a energia aqui é gasta diretamente apenas na rotação com a força da broca na face e as perdas por atrito da coluna de trabalho contra a parede do poço são minimizadas);
• proteger a maioria dos elementos da corda de trabalho contra danos, bem como as paredes da perfuração, da destruição;
• crie furos de diâmetro impressionantes (por exemplo, até 70 cm) em profundidades extremamente impressionantes.

Dessa forma, você pode formar aquíferos, com profundidade de 300 metros ou mais, ou seja, perfurar a captação de água para fornecer água a cabanas e aldeias de verão.

Portanto, a definição: a perfuração rotativa é uma maneira de desenvolver um poço no qual a força na broca na face é transmitida a partir do rotativo rotator através da coluna de trabalho. Ele é montado a partir de hastes - tubos de aço estreitos que são conectados seqüencialmente entre si, alterando as profundidades no solo.

Mas, ao limpar o tronco da mina e abater o lodo, a água fornecida sob pressão é usada. Graças a essa decisão, não é necessário desmontar e montar a coluna de perfuração para a extração do núcleo, como na perfuração do núcleo.

O fluido injetado na mina resolve imediatamente duas tarefas importantes: libera o caminho para a broca realizar mais trabalho e produz lavando o poçonecessário preparar a entrada de água para a operação.

Benefícios da tecnologia rotária

Quais são as vantagens da perfuração rotativa sobre possíveis alternativas? Existem vários deles.

Em primeiro lugarUsando uma broca rotativa, é possível criar poços de grande diâmetro que possam satisfazer totalmente as necessidades de água de várias famílias ao mesmo tempo.

Não é segredo que a perfuração não é um processo caro: requer equipamento especializado, e perfuradores experientes devem controlar e gerenciar o processo. Afinal, as atividades de perfuração são licenciado. Daí o seu alto preço.

Devido à sua forma e construção, uma broca rotativa pode formar poços de diâmetro muito maior do que as brocas helicoidais e um tubo de núcleo

A combinação de várias famílias ao mesmo tempo para financiar um poço comum para locais adjacentes é um empreendimento econômico. Mas isso requer um débito significativo. Na maioria dos casos, os aqüíferos de sedimentos quaternários (areias) não podem fornecê-los.

Naturalmente, para operação coletiva, a ingestão de água deve ser colocada em calcário. As águas subterrâneas extraídas são caracterizadas por maior mobilidade e pureza da água. O volume de precipitação não tem o menor efeito no fluxo de poços para calcário. O que não se pode dizer sobre os poços na areia.

Em segundo lugar, custos de energia relativamente pequenos convencem. O elemento de trabalho para perfuração rotativa é um cinzel. Mas, ao contrário do eixo helicoidal e perfuração do núcleo, a ferramenta de perfuração não interage com as paredes do poço perfurado

Ou seja, apenas um pouco cuja altura é insignificante em relação à altura de toda a coluna de perfuração está em contato direto com o solo. Como resultado, este método de formação de poços é o mais rápido - até 1000 metros lineares por mês!

Em terceiro lugar, os clientes coletivos são atraídos pela profundidade da perfuração. Somente o método rotativo pode ser usado para perfurar um poço enterrado em rochas metamórficas e ígneas indígenas, a partir das rachaduras nas quais a água pode ser bombeada, cuja composição é mais adequada para beber.

Na maioria das vezes, apenas a água industrial é extraída das tomadas com profundidade inferior a 30 m.Sua composição é influenciada por corpos d'água próximos, rios cheios de lixo, precipitação e apenas líquidos técnicos derramados no chão. O parafuso e o tubo do núcleo ajudarão a obter apenas essa entrada.

Todo o conjunto de equipamentos de perfuração é facilmente montado em uma única plataforma automotiva de serviço médio. Isso torna o processo de perfuração rotativa muito mais avançado tecnologicamente e, portanto, mais barato.

Além disso, a perfuração rotativa permite que você passe pelo desenvolvimento até a profundidade total sem precisar mudar para outro método de perfuração. Ao desenvolver um poço com um parafuso, por exemplo, se for necessário perfurar uma rocha, eles mudam para uma técnica de corda de choque.

Para isso, uma carcaça de parafuso é removida do cano e a broca é jogada na face até que uma pedra seja quebrada. Então abate liberado por um fiador. É utilizado se for necessário elevar areia saturada de água para a superfície, que não é brega no tubo do núcleo.

A prática mostra que os poços perfurados pelo método rotativo têm uma vida útil mais longa. Tecnologicamente, isso se deve ao fato de que, após a instalação da coluna de revestimento que forma as paredes do poço, o espaço anular é reforçado.

Equipamento para Poços

Primeiro, um console vertical é montado na superfície acima do poço para fixação adicional dos elos verticais da coluna de trabalho. O primeiro elo deste eixo de perfuração é equipado com um elemento de trabalho - um pouco, que pode ter um formato diferente, dependendo da categoria de rocha para perfuração.

Obviamente, equipamentos mais compactos são usados ​​para perfurar aqüíferos, e a formação de uma torre designada geralmente não é necessária

Conjunto de ferramentas de broca

Ao aprofundar o primeiro elo, a vela, a próxima, chamada barra, é montada nela, e assim por diante. O comprimento de cada bloco de tubos pode variar de 20 a 50 M. Para simplificar a formação da coluna de trabalho, cada haste é equipada com uma rosca cônica com uma trava.

Como resultado, é formada uma broca, que consiste em:

• bit de trabalho;
• barra de chumbo;
• colunas de varas comuns interconectadas por acoplamentos.

A fixação da coluna de trabalho é realizada com articulações, cuja rotação é realizada pelo rotor. Dependendo de quão profundamente ele deve perfurar, e também quais propriedades físicas e mecânicas do solo, hastes padrão ou pesadas são usadas para formar o elo principal.

A haste de acionamento, por via de regra, é um tubo pesado, porque possui uma importante missão tecnológica. Através dela, uma solução de lavagem entra na face da broca, cuja tarefa é lavar a rocha esmagada. E isso, por sua vez, apresenta requisitos para juntas de acoplamento, cuja tarefa é vedar juntas entre elos.

Não esqueça que a pressão do fluido depende diretamente da altura da coluna formada (e não depende da seção transversal do tubo). Além disso, mesmo que a água seja usada como solução de lavagem, a cada 10 metros a pressão aumentará em 1 atmosfera.

Para comparação, vale dar um exemplo. A pressão de trabalho na rede de tubulações domésticas da casa é de 10 atmosferas, e os tubos mais duráveis ​​são projetados para uma pressão de 20 atmosferas.

Somente se os sistemas domésticos estiverem estacionários e não se moverem, a pressão será igual ao peso da coluna de perfuração na haste de acionamento. Mas ela ainda tem que transmitir momentum e força de rotação para o bit.

Os acoplamentos são os elementos mais importantes da haste, porque são eles que respondem pelo peso de toda a parte inferior da haste adjacente, bem como pela carga de vibrações dinâmicas e movimentos rotacionais transmitidos pelo motor

Os seguintes requisitos são impostos aos acoplamentos como elementos estruturais de uma coluna de perfuração, são eles:

• deve garantir o aperto da conexão das hastes e suportar a pressão do fluido até 100 atmosferas (para limpar o fundo da corrente de pressão);
• deve ser resistente ao desgaste, para não se tornar inutilizável ao esfregar contra as paredes do poço;
• deve poder transmitir o torque da parte superior da coluna de trabalho para a parte inferior e, finalmente, para a broca.

É imperativo que os acoplamentos sejam de qualidade adequada. Se pelo menos um deles não suportar a carga e a corda de trabalho estiver quebrada, será extremamente difícil reunir sua parte inferior com a broca. Em termos de dispêndios de capital, às vezes é mais fácil perfurar um novo poço nas proximidades do que obter uma haste de chumbo separada.

Uso de água durante a perfuração

O líquido que é fornecido para o rosto é geralmente água comum. Às vezes, para estabilizar o tronco que passa por rochas soltas incoerentes (areia, cascalho, cascalho e seixos), uma solução com aditivos de perfuração é introduzida no poço. Isso é necessário, porque o invólucro não é colocado nos primeiros estágios de penetração.

A água entra na saída sob pressão dentro da haste de acionamento (e depois bombeando através anular espaço) ou pela gravidade anular espaço e remoção já está ocorrendo através da coluna de trabalho com uma bomba de sucção.

Estas são duas tecnologias de perfuração rotativa diferentes, cujos recursos serão discutidos abaixo.

A perfuração rotativa é caracterizada pela maior taxa de desenvolvimento de um poço de água. Ao mesmo tempo que a perfuração, o barril é liberado e o desenvolvimento está preparado para a próxima operação

No entanto, independentemente do método usado, o fluido usado na perfuração em todos os lugares precisa ser limpo (para uso posterior).

Para fazer isso, use o seguinte equipamento:

• Celeiro de armazenamento de fluidos de perfuração. (Se você planeja perfurar um poço raso - dentro de algumas dezenas pode ser disposto diretamente no solo, e a água comum é usada como fluido de lavagem). O celeiro atua como uma bateria para lavar o fluido.
• Vibrosieve. A solução de lavagem, levantada do poço, carrega partículas de rocha triturada que devem ser removidas. A maneira mais eficaz é a mecânica, usando peneiras vibratórias.
• Tanque de sedimentação. Após a remoção de grandes partículas da rocha, o líquido entra no poço para se livrar das partículas em suspensão que precipitam. Ao usar a água como líquido de lavagem, às vezes também é construído um poço diretamente no solo. Além disso, para a separação de substâncias líquidas e a separação de sedimentos é usado hidrociclone.
• Bomba de lama. É ele quem fornece a circulação da solução de lavagem.
• Sistema de calhas. Eles são necessários para o movimento da água desde o ponto de formação da mina até o local de sua purificação.

No total, são necessários os seguintes mecanismos e equipamentos para desenvolver um poço usando a tecnologia rotativa:

1. Torre ou console para montar a coluna de perfuração a partir das hastes e desmontá-la no final da perfuração, bem como um sistema de equipamento.
2. Enginefornecer rotação de um rotor.
3. Equipamento fluido. Mecanismos e dispositivos para circular o líquido de lavagem e limpá-lo (bomba; peneira vibratória; cárteres e / ou hidrociclone; um celeiro para armazenar fluido de lavagem; sistema de tubulações e calhas).

Para a perfuração rotativa de poços rasos, todo o conjunto de equipamentos listado é muito compacto (por exemplo, a lança do console está dobrável). Isso facilita a colocação do equipamento de perfuração em qualquer local conveniente para perfuração e operação subseqüente.

Duas opções de perfuração rotativa

Dependendo do método de fornecimento de fluido de lavagem para a face, existem 2 tipos de tecnologia de perfuração rotativa:

1. alimentação direta;
2. com alimentação reversa.

Deve-se observar que o líquido fornecido à face não se destina apenas a lavagem e remoção de rochas trituradas. Também esfria a broca, que é muito quente devido ao atrito. No caso de suprimento direto de fluido, a bomba cria sua sobrepressão.

A água entra na face através dos orifícios tecnológicos da broca, "capta" a rocha esmagada e depois pela gravidade através do poço (ou seja, através anular espaço em relação à haste principal) entra na superfície, onde entra no complexo de limpeza (peneira vibratória, hidrociclone).

A descarga pode ser direta ou reversa, da qual dependerão as características qualitativas do equipamento usado, mas o diagrama de circuitos é válido para os dois tipos de tecnologia

A tecnologia de alimentação reversa implica que o fluido de lavagem flua para o fundo por gravidade, descendo pelo poço, mas a solução com material triturado retorna à superfície através do tubo da haste de chumbo. A bomba de lama, neste caso, cria pressão negativa nela.

Apesar da aparente simplicidade de ambas as tecnologias, há muito mais nuances do que parece à primeira vista. Portanto, parece apropriado abordar cada uma dessas tecnologias de perfuração com mais detalhes.

Perfuração de descarga direta

Essa tecnologia às vezes é chamada de "curso d'água direto". É aconselhável usá-lo em solos arenosos, cascalho e gravilha. Também é usado se a profundidade do aqüífero não exceder 30 m. É aqui que são adicionados aditivos ao fluido que aumentam sua densidade e estabilidade do tronco.

A perfuração rotativa é caracterizada por uma diminuição gradual no diâmetro do poço sendo perfurado. Em outras palavras, primeiro o poço de maior diâmetro é perfurado, depois dados tubo e o espaço anular entre a superfície externa do tubo e a parede do poço através de orifícios tecnológicos são preenchidos com argamassa de cimento.

Perfurações adicionais continuam com um cinzel menor. Em seguida, novamente o revestimento, e a nova seção tem um diâmetro ainda menor, etc. Quanto menos vezes você precisar se distrair com a cimentação de poços, maior será a produtividade da perfuração, o que se traduz no custo total do processo e no poço como um todo.

Além disso, o revestimento muito frequente leva ao fato de que o diâmetro efetivo do poço (o diâmetro que abre o aqüífero) é bastante reduzido. Portanto, o “curso de água direto” é caracterizado pelo fato de que o poço com esse método de formação não pode ser revestido até 100 metros.

A pressão principal do fluido de lavagem é criada pela bomba dentro da haste de acionamento e anular o líquido com elementos de rocha triturada preenche o espaço por gravidade, sem destruir a parede do poço com excesso de pressão.

Padrão de fluxo de fluido de perfuração de perfuração direta. Sua submissão à face é realizada através do tubo da haste principal e sobe à superfície por gravidade

No entanto, este método de perfuração tem suas desvantagens. Em particular, muito tempo aberto O local leva ao fato de que partículas de argila finamente dispersas entram nos aqüíferos, o que pode reduzir e retardar significativamente o fluxo de água na saída do aqüífero.

Essas partículas aqui desempenham o papel de tampões peculiares de poros e microcanais na rocha através da qual a água penetra. Portanto, o procedimento de revestimento realizado durante o processo de perfuração é necessário para manter a produtividade futura do poço como um todo.

Perfuração reversa nivelada

Com este método de controle do fluxo de fluido, o cano e o fundo são limpos melhor. A bomba aqui não espreme o líquido para o fundo, mas, pelo contrário, o aspira, e isso leva ao fato de que a velocidade de formação do poço com um cinzel aumenta em uma ordem de magnitude e várias vezes mais em comparação à lavagem direta.

O poço em si não é contaminado com inclusões de argila com um fluxo de fluido de lavagem. Afinal, a bomba aspira tudo o que nela pode estar contido. A propósito, não há mais sentido prático em aditivos adicionais, portanto, a água pura é usada como o mesmo líquido de lavagem.

Esquema de retrolavagem para perfuração rotativa. O fluxo é por gravidade através do anel e, de volta, o lodo é puxado pela bomba através do tubo da haste de acionamento

Portanto, para resumir as vantagens da perfuração com um fluxo reverso:

• a velocidade de perfuração aumenta (em comparação com o curso de água direto) até 15 vezes;
• o aqüífero não está entupido com partículas de argila e grãos de areia da parte inferior de coração aberto níveis de poço;
• devido à abertura de alta qualidade do aqüífero, o poço não precisa ser preparado adicionalmente para operação, você pode instalar imediatamente o revestimento interno com um filtro e começar a bombear com uma bomba;
• água simples (e, portanto, barata) é usada como fluido de trabalho.

No entanto, este método tem uma desvantagem significativa. Requer o envolvimento de equipamentos caros, o que acaba levando a um aumento significativo no custo de todo o processo de perfuração como um todo.

Portanto, a perfuração com um “curso de água reverso” é realizada apenas nos casos em que o poço é projetado para operação por várias famílias ao mesmo tempo. Porém, caso o poço seja projetado para operação individual, é muito mais razoável usar a tecnologia de perfuração rotativa com um curso de água direto.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo nº 1. Demonstração visual do processo de perfuração rotativa em etapas:

Vídeo # 2. Análise da tecnologia rotativa e princípios de disposição dos poços:

Vídeo nº 3. Circulação de água durante a perfuração rotativa:

A situação com a presença e profundidade dos aqüíferos pode ser muito diferente de um lugar para outro (mas em algum lugar não existe, como na ilha da Madeira).

Ao projetar um poço e escolher o método ideal de perfuração rotativa, devem ser utilizados mapas existentes de aquíferos comprovados. Isso economizará tempo e dinheiro significativos.

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