Carotaggio di pozzi: tecnologia e sfumature del lavoro

Uno dei metodi più produttivi ed economici per formare le miniere è la carotazione. È utilizzato nell'esplorazione mineraria e nella geologia ingegneristica.Inoltre, questo è il modo più semplice e veloce per accedere alle acque sotterranee per organizzare l'approvvigionamento idrico.

Imparerai tutto sulle specifiche della carotatura, sugli strumenti necessari per la sua implementazione e sulle caratteristiche applicative dal nostro articolo proposto.

Ambito di applicazione del carotaggio

Il carotaggio è un metodo che consente di determinare con la massima precisione la profondità del tetto e della base degli strati di terreno, nonché il livello di profondità della falda freatica.

La tecnologia di carotaggio è ampiamente utilizzata nei seguenti settori:

• Approvvigionamento idrico in ambito industriale e privato. La perforazione di pozzi per l'approvvigionamento idrico privato, l'organizzazione della presa d'acqua per interi villaggi o isolati di città vengono effettivamente eseguite mediante carotaggio poiché il trapano penetra facilmente a grandi profondità. Lo strumento principale è in grado di sollevare quasi tutte le rocce distrutte, ad eccezione dei terreni saturi d'acqua, sciolti e non coesi (sabbia, ghiaia, ciottoli);
• Esplorazione geologica nel settore minerario. Quando la roccia passa, si verifica un effetto puntiforme sul terreno lungo il raggio di rotazione. In altre parole, con un proiettile che ricorda strutturalmente un tubo, si perfora una massa solida di rocce senza alterarne la struttura e lo stato.
• Costruzione. Condurre ricerche geotecniche per studiare le proprietà fisiche e meccaniche dei terreni e le condizioni delle rocce. La tecnologia principale consente di identificare con precisione le acque sotterranee e di prelevare campioni d’acqua per studiarne l’aggressività nei confronti del calcestruzzo.

Durante la carotazione viene estratta una carota: una colonna di terreno o strati di terreno adiacenti. Il nucleo è caratterizzato da una solida struttura naturale, che garantisce un'analisi completa della roccia studiata. La perforazione con un tubo carotiere consente di determinare con la massima precisione la profondità della roccia a scopo di studio.

La perforazione del carotaggio garantisce l'integrità del nucleo estratto, il che contribuisce allo studio di alta qualità della roccia. Allo stesso tempo, viene eseguita la pulizia della parete di massima qualità dalla roccia distrutta

L'uso di una carotatrice nella costruzione facilita e accelera notevolmente i processi. Un palo viene facilmente inserito nel foro preparato con una carotatrice o viene montata una struttura in cemento armato già pronta. La carotazione consente di creare fori cilindrici in strutture in mattoni e cemento.

Tecnologie e attrezzature di lavoro

Esistono due metodi noti per utilizzare una carotatrice: lavorare con alimentazione di liquido sul fondo del foro o lavorare a secco, cioè senza fluido di perforazione.

La perforazione senza l'uso di fluidi di perforazione viene utilizzata se i terreni non coesivi sono saturi di umidità naturale in quantità sufficienti per la penetrazione e l'estrazione. Inoltre, l'acqua non viene fornita al pozzo di scavo durante la guida attraverso argille/argille fluido-plastiche, plastiche morbide e refrattarie, argille sabbiose dure e plastiche.

Il liquido deve essere utilizzato durante la perforazione di rocce rocciose e semirocciose.In assenza di acqua, in questo caso, l'approfondimento avviene molto più lentamente. Inoltre, la probabilità di guasto prematuro della punta aumenta in modo significativo e pertanto la perforazione a secco è considerata più costosa.

La tecnologia di carotaggio di un pozzo con lavaggio consente non solo di prolungare la durata delle attrezzature di lavoro, ma anche il modo più rapido e meno dispendioso in manodopera per liberare la facciata dalla roccia distrutta

Durante la perforazione con fluido di perforazione, la velocità di approfondimento aumenta in modo significativo. Molto spesso, questo metodo viene utilizzato durante la perforazione di pozzi di notevole profondità. Ciò consente di completare il lavoro nel più breve tempo possibile con il minimo rischio di danni alla corona.

L'acqua ad alta pressione viene fornita al fondo anche durante lo sviluppo di un pozzo in terreni sciolti e non coesi, se il carotaggio non costituisce un problema. In questo caso, il viso viene semplicemente lavato con un getto d'acqua, liberando il pozzo della miniera dal terreno distrutto.

Il principio della tecnica core

L'elemento principale nella carotazione è una parte tagliente distruttiva installata sulla base del tubo centrale. La chiamano corona. Per scavare rocce vengono utilizzate corone speciali dotate di frese diamantate.

Le corone sono elementi taglienti sostituibili che vengono avvitati al bordo inferiore del tubo centrale. Devono essere cambiati più volte durante il processo di perforazione.

È la punta diamantata che garantisce il passaggio praticamente senza ostacoli della perforatrice a grandi profondità durante i lavori di presa dell'acqua nel calcare. Cioè, quando si svilupparono pozzi sepolti nel substrato roccioso, nelle cui fessure, a seguito di condensazione secolare, si formarono riserve dell'acqua sotterranea più pura.

La sostituzione delle punte da trapano avviene nel modo più semplice: rimuovere la parte usurata e avvitare una nuova punta sul tubo centrale

La roccia viene tagliata utilizzando una punta rotante ad alta velocità. La velocità di rotazione della seminatrice può essere regolata in funzione della densità del terreno da sviluppare. La corona “taglia” il terreno solo lungo il bordo di una sorta di cilindro, la cui parte centrale viene premuta nel tubo centrale.

Per estrarre il nucleo, la punta del trapano viene sollevata in superficie. Il terreno da esso catturato viene letteralmente espulso dalla carotatrice da un flusso d'aria fornito alla parte superiore del tubo. Il processo di soffiaggio viene accelerato picchiettando il proiettile con una mazza.

Durante il processo di carotaggio, un segmento di roccia a forma di cono perforato viene spinto in un tubo centrale. Per rimuoverlo, lo strumento principale viene rimosso dalla canna smontando la corda dell'asta di perforazione. Il nucleo viene espulso e buttato fuori dal tubo

Quando si attraversano rocce dure, le carotatrici hanno una produttività maggiore rispetto alle punte a matrice e a rulli. Ciò è dovuto all'elevata velocità di rotazione della punta, che riduce lo sforzo di sviluppo richiesto.

Inoltre, le punte distruggono completamente la roccia, che dovrà essere “scavata” con una sassola oppure dovrà essere fornita acqua a pressione per lavare il viso. Dovrete infatti ripercorrere la stessa sezione due, o anche tre volte: prima distruggetela, poi ripulitela. La tecnologia principale ti consente di pulire e pulire il viso in una sola volta.

Macchine utensili e impianti di perforazione

La scelta della macchina o dell'impianto di perforazione è determinata dallo scopo del pozzo e dal suo diametro. La popolarità del metodo di carotaggio determina la produzione di impianti e macchine di perforazione in tutto il mondo. Trattori pesanti, camion e veicoli fuoristrada sono adatti per impianti destinati alla perforazione esplorativa.

L'uso di trattori cingolati pesanti consente la perforazione di pozzi in aree con strade impraticabili, paludi superficiali e terreni instabili

Molto spesso, le attrezzature di perforazione sono montate su auto d'epoca dei marchi MAZ, KAMAZ e Ural. Tuttavia, esistono opzioni di installazione per attrezzature più leggere, che vengono utilizzate per la perforazione di pozzi d'acqua nell'edilizia privata.

A perforazione rotativa manuale Il tubo centrale viene sostituito dal suo predecessore storico: il vetro. Questo proiettile è una versione accorciata del tubo centrale con un bordo appuntito sulla suola. Il vetro viene avvitato nel terreno manualmente o con l'aiuto di un trapano a motore e tutto ciò che vi è contenuto viene portato in superficie.

I motori a benzina ed elettrici vengono utilizzati per meccanizzare la perforazione manuale di pozzi poco profondi e la formazione di fori per l'installazione di recinzioni e supporti di linee elettriche. Impartiscono movimenti rotatori alla coclea o al tubo centrale

Attrezzature per la perforazione e la sistemazione dei pozzi

Quando si realizzano carotaggi, sono necessarie attrezzature che consentano di lavorare in profondità, sviluppare ed estrarre un'ampia varietà di tipi di rocce. Durante il lavoro deve essere assicurato il periodico sollevamento in superficie del materiale distrutto dal proiettile.

Set standard di strumenti di perforazione

Per eseguire un lavoro di qualità è necessario:

• Gusci del nucleo. Sono utilizzati sia per la perforazione orizzontale che per lo scavo verticale. Utilizzando tubi centrali standard è possibile forare con un angolo fino a 45 gradi. Le carotatrici a parete sottile possono essere utilizzate esclusivamente per la perforazione orizzontale senza scavo durante la posa delle comunicazioni.
• Corone. Si tratta di uno strumento per rompere le rocce montato su un tubo centrale per facilitare il taglio delle carote nella roccia. Le punte in ottone vengono utilizzate per la perforazione di terreni sedimentari coesivi e non coesivi. Le punte in metallo duro con frese diamantate sono prodotte per la perforazione di rocce e la realizzazione di fori nel cemento, asfalto e muri di mattoni.
• Tubi rivestimento in acciaio. Necessario per rivestire lo scavo - formare un pozzo, effettuato contemporaneamente al suo approfondimento. Il loro diametro è uguale al diametro del pozzo. L'involucro per la presa dell'acqua viene selezionato in anticipo, concentrandosi sul diametro del tubo centrale e sulla pompa che si prevede di utilizzare nel pozzo.
• Bilancieri. Questi sono tubi stretti attorcigliati insieme. Utilizzato per estendere la corda di perforazione. In poche parole, vengono avvitati alternativamente alla parte superiore del tubo centrale in modo che il movimento rotatorio possa essere trasmesso ad esso ad una profondità maggiore dell'altezza del proiettile. Altezza del tubo centrale + altezza della batteria di perforazione = profondità di scavo.
• Traduttori. Necessario per garantire la giunzione delle connessioni filettate di diverso diametro presenti sulle aste di perforazione, rotatori, guarnizioni di lavaggio e altri componenti.
• Tappi e guarnizioni di lavaggio. Con il loro aiuto, è possibile sollevare in superficie il terreno distrutto se non è necessario prelevare un intero nucleo. In questo caso, l'acqua viene fornita al viso, lavando il terreno distrutto sotto pressione sulla superficie del giorno.
• Scalpelli. Vengono utilizzati per approfondire il foro nei punti più difficili da penetrare con una carotatrice. Quando si utilizza una punta, a volte si passa dalla perforazione rotativa alla perforazione a percussione con cavo.

Lo strumento presentato è un set standard per la perforazione utilizzando la tecnologia core.In alcuni casi, a seconda della complessità dello sviluppo, potrebbero essere necessari strumenti e attrezzature aggiuntivi.

Quando si approfondisce lo scavo, una colonna di aste di perforazione viene avvitata in sequenza alla parte superiore del tubo centrale. Per estrarre il nucleo del proiettile sulla superficie della colonna, l'asta dietro l'asta non viene attorcigliata

Caratteristiche del design del tubo centrale

Caratteristica del progetto proiettile durante la carotazione, è dovuta alla massima conservazione dell'integrità del carotaggio e consiste in una disposizione ad anello attorno a un passaggio libero. Una delle caratteristiche più importanti è il coefficiente campionamento di base È definito come il rapporto tra il diametro del nucleo e il diametro esterno dell'utensile.

L'utensile per carotaggio è standardizzato e differisce principalmente solo per il diametro. In base alle caratteristiche strutturali, i tubi centrali vengono classificati in singoli e doppi. I singoli proiettili progettati per funzionare in condizioni geologiche normali sono eccellenti per lo sviluppo di pozzi d'acqua.

Uno strumento doppio con camera d'aria non rotante viene utilizzato solo nell'esplorazione geologica. È necessario estrarre campioni di roccia che vengono facilmente distrutti sotto l'influenza di una varietà di fattori. Permette di prelevare un campione nella sua composizione naturale, con una percentuale naturale di minerali e rocce di scarto.

Un tubo unipolare viene utilizzato nel campionamento per la ricerca geotecnica, l'esplorazione geologica e la perforazione di fori per l'installazione dei supporti delle linee elettriche.

Tutti i tubi centrali sono progettati per l'uso di soffiaggio, fornitura di fluido di perforazione sul fondo e pulizia del pozzo. La loro parte superiore è dotata di un foro tecnologico attraverso il quale viene iniettata acqua o un flusso d'aria.

Specifiche della parte tagliente del proiettile

Qualsiasi corona si presenta sotto forma di un anello con una filettatura sulla parte superiore, necessaria per l'avvitamento al tubo centrale, e delle frese situate sull'estremità inferiore. Le frese possono essere realizzate in fusione solida o saldate a questa parte metallica tagliente.

Per la carotaggio vengono utilizzate le seguenti punte:

• Carburo – fine-incisivo, a coste.
• Diamante – impregnato e piccolo diamante.

Gli elementi taglienti in metallo duro sono progettati per la perforazione di terreni “morbidi”. Con il loro aiuto vengono perforati tutti i tipi di rocce argillose di qualsiasi consistenza, rocce semi-rocciose, sabbie a bassa umidità e bagnate di densità densa e media. Per la perforazione di arenarie e marne si utilizzano corone con frese in tungsteno-cobalto.

Incisivo fine le punte sono progettate per la perforazione di rocce medio-dure di piccole dimensioni abrasività. Sono dotati di frese ottagonali o quadrate. Quando le frese sono posizionate ad altezze diverse si ottiene anche una faccia a gradino, i cui vantaggi sono stati sopra delineati.

Utilizzando punte nervate, la circolazione del fluido di lavaggio viene migliorata espandendo il diametro del pozzo

A costine le punte sono progettate per la perforazione di rocce dure di medio spessore abrasività. Le frese di tali corone sono costituite da acciaio cilindrico o prismatico Sede centrale con inserto in metallo duro. Allo stesso tempo, anche se la corona si usura, le sue prestazioni non diminuiscono.

Le corone con frese diamantate sono progettate per la perforazione di rocce rocciose e semirocciose di altezza abrasività.

Per aumentare la resistenza e migliorare le proprietà abrasive, i diamanti industriali vengono pressati nella massa colata durante il processo di produzione. Recentemente, i cristalli naturali vengono spesso sostituiti con cristalli coltivati ​​artificialmente.

Il numero di nervature è determinato dal disegno della corona e dal suo diametro: possono essercene da tre a sei. L'accelerazione del processo di distruzione della roccia può essere ottenuta spostando le nervature verso l'alto rispetto all'estremità della corona. Ciò garantisce un foro inferiore gradinato e facilita il passaggio del liquido di lavaggio.

Tubi ben rivestiti

Sia i tubi in acciaio con nucleo che con rivestimento sono prodotti in conformità con GOST 51682-2000. In esplorazione geologica e in geologia ingegneristica vengono utilizzati per evitare il collasso del terreno sul fronte, che non permetterebbe di capire a quale profondità uno strato geologico viene sostituito da un altro.

IN sistemazione delle opere di presa dell'acqua i tubi di rivestimento formano le pareti del pozzo. Un'altra stringa di tubi, quella di produzione, è immersa nell'involucro assemblato da essi. Al giorno d'oggi è spesso assemblato in plastica. La colonna di produzione è dotata di filtro per trattenere granelli di sabbia e ghiaia fine durante il pompaggio.

I più comuni sono i tubi con rivestimento con raccordi a nipplo. In questo caso i tubi hanno una filettatura interna da un lato e una filettatura esterna dal lato opposto. Il pozzo di scavo viene assemblato da tubi filettati in modo estremamente semplice e veloce.

Sia i tubi interni che quelli di rivestimento sono dotati di filettatura, esterna da un lato e interna dall'altro. Ciò consente di montare rapidamente e facilmente l'involucro. Le dimensioni della filettatura sono unificate: qualsiasi tubo dell'involucro può fungere da tubo centrale, basta avvitare la corona e la parte superiore

Esistono tubi di rivestimento progettati per giunti saldati. Non vengono utilizzati nel settore privato a causa del processo di assemblaggio delle colonne ad alta intensità di manodopera.

Sia l'involucro che i tubi centrali sono realizzati in acciaio di grado 45 con gruppo di resistenza "K".Per aumentare la resistenza all'usura superficiale, le estremità dei tubi sono indurite. A seconda dell'attrezzatura di perforazione utilizzata e del diametro pompa sommergibile nella realizzazione di opere di presa d'acqua private vengono utilizzati tubi con diametro da 100 a 200 mm.

Fasi di carotaggio

Prima di iniziare i lavori è necessario studiare la planimetria catastale e predisporre il piano di lavoro. È necessario garantire l'accesso senza ostacoli al sito di perforazione sia per l'impianto di perforazione stesso che per la macchina con il fluido di lavaggio.

Il passo successivo è scavare una buca con un volume di almeno 2 metri cubi: ciò eviterà la necessità di utilizzare un serbatoio aggiuntivo. Il pozzetto è progettato per drenare l'acqua sotterranea e il liquido di lavaggio utilizzato. Per installare la parte principale del bagagliaio, è necessario perforare il terreno.

Successivamente, la punta selezionata viene collegata al tubo centrale di perforazione e selezionata tubi dell'involucro, che aumenteranno man mano che si approfondiscono. L'installazione deve essere fissata saldamente, dopodiché viene avviato l'impianto di perforazione.

La tecnologia di base con il lavaggio del fronte con acqua consente di liberare il pozzo della miniera dalla roccia distrutta nel modo più semplice e veloce

Man mano che la carotatrice si approfondisce e si riempie, viene periodicamente sollevata in superficie e ripulita dal terreno catturato dall'utensile durante la perforazione. Dopodiché la perforatrice, liberata dalla carota, potrà essere nuovamente immersa nel foro del pozzo per proseguire la perforazione.

Per sollevare verso l'alto, la batteria dell'asta di perforazione, composta da un utensile centrale e aste, viene smontata. Cioè, separano in sequenza l'asta dopo l'asta finché il tubo centrale non viene rimosso dalla canna.

L'opzione migliore per lo sviluppo di un pozzo per i proprietari privati ​​è considerata la perforazione del carotaggio, accompagnata dal lavaggio. In questo caso non è necessario prelevare campioni. L'importante è formare rapidamente la botte e liberarla dai fanghi. preparazione delle lavorazioni per il prossimo utilizzo.

Per il lavaggio è possibile utilizzare qualsiasi acqua; l'acqua di uno stagno o di un fiume vicino è abbastanza adatta. La perforazione può essere eseguita anche a secco se si sta sviluppando un pozzo per la sabbia. Di solito in questo caso sono sufficienti un paio di secchi d'acqua come fluido di perforazione solo per raffreddare il proiettile sul fondo.

Utilizzando la tecnologia di base, vengono praticati fori in strutture in calcestruzzo e cemento armato, fondazioni e muri di mattoni.

Quando si lavora con sabbia sciolta e poco umida, si consiglia di aggiungere vetro liquido o massa di argilla alla soluzione di lavoro per rinforzare le pareti del foro. In ogni caso, quando una perforatrice attraversa un orizzonte con struttura instabile, sarebbe giustificato rinforzare le pareti del pozzo con tubi di rivestimento.

Caratteristiche tecnologiche del processo

Durante il processo di approfondimento è possibile regolare la velocità di rotazione della fresa. Va notato che il trapano può facilmente superare strati di rocce sedimentarie a basse velocità. Ma quando si supera il substrato roccioso è necessario un aumento della velocità di rotazione. Con il metodo del carotaggio è possibile penetrare strati di varia composizione e di qualsiasi durezza.

È necessario tenere conto del fatto che l'impianto di perforazione deve essere posizionato su un sito orizzontale preparato e livellato. L'angolo di penetrazione può essere regolato se il diametro del pozzo da sviluppare non supera 1 metro. La verticalità dello scavo viene poi mantenuta dal rivestimento.

I tubi rivestimento possono essere riutilizzati se vengono rimossi dallo scavo immediatamente dopo lo scavo. Un tubo centrale è un proiettile riutilizzabile, cosa che non si può dire delle corone. Per la perforazione nell'orizzonte sedimentario ne occorrono almeno due, o anche più. Quando si costruisce un pozzo su pietra calcarea, è impossibile prevedere con precisione il numero di corone usurate.

Per prolungare la vita della punta diamantata dopo l'installazione o la sostituzione, il fondo del pozzo deve essere trattato con uno scalpello. Questa misura aumenterà significativamente il tasso di penetrazione

La perforatrice può essere montata su automezzi di grande capacità oppure su mezzi cingolati equipaggiamento speciale in caso di lavoro in condizioni di terreno difficili. Attrezzature mobili più leggere possono essere utilizzate durante la perforazione di pozzi d'acqua utilizzando il metodo del nucleo.

Vantaggi e svantaggi del metodo core

Grazie all'azione puntiforme della corona lungo il suo raggio, è garantito un taglio accurato e il riporto in superficie di un nucleo solido. La tecnologia è applicabile per la perforazione di rocce fino a XII categorie, puoi lavorare sia perpendicolarmente che ad angolo.

Uno degli indicatori più importanti del metodo core è l'elevata produttività e la velocità di perforazione.

Oltre a ciò si possono evidenziare i seguenti vantaggi:

• Il volume di perforazione nel caso di utilizzo di fluido di lavaggio o acqua di processo è dell'85%;
• L'introduzione di emulsioni attive nella soluzione di lavoro consente di mantenere le pareti del pozzo allo stato originario;
• Grazie alla riduzione dei carichi assiali dovuta al fatto che la roccia non viene distrutta in modo continuo, si ottiene una riduzione dei costi energetici.
• Il metodo ti consente di lavorare con qualsiasi roccia, inclusi basalto e granito.
• Quando si utilizza una macchina mobile prefabbricata, è possibile eseguire lavori in luoghi difficili da raggiungere.

Oltre ai suoi vantaggi, il carotaggio presenta anche i suoi svantaggi:

• Quando si lavora su rocce fratturate, spesso si verifica un inceppamento del nucleo, che porta alla necessità di rimuovere il tubo per estrarlo.
• Quando si attraversano rocce dure, la punta diventa rapidamente opaca a causa del surriscaldamento e dell'adesione. Per evitare ciò, è necessario utilizzare liquido refrigerante e ridurre la portata. Di conseguenza, la velocità di perforazione diminuisce.
• La piccola sezione trasversale (fino a 200 mm) di perforazione non consente l'uso di potenti sommergibile pompe.

Quando si sviluppano pozzi d'acqua, se si utilizza una soluzione di argilla quando si apre la formazione, esiste un'alta probabilità di interramento della falda acquifera.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Video 1. La fase iniziale della perforazione di un pozzo utilizzando il metodo core:

Video 2. Carotaggio di un pozzo in roccia granitica:

L'inizio del carotaggio di un pozzo deve essere preceduto da un calcolo economico. Il rispetto degli standard di sicurezza e delle regole operative per le attrezzature riduce al minimo il rischio di guasti alle apparecchiature, garantendo così un'elevata efficienza operativa, velocità di perforazione e costi economici ridotti.

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