Perforazione di pozzi rotanti: panoramica della tecnologia di perforazione e delle attrezzature necessarie

Se una casa di campagna non può essere collegata alla rete idrica centrale, è necessario organizzare un sistema autonomo.La maggior parte dei proprietari preferisce costruirlo sulla base di un pozzo, il cui sviluppo utilizza vari metodi. Considereremo la perforazione di pozzi rotanti, un'opzione molto promettente, ma finora poco conosciuta.

L'articolo che abbiamo proposto descrive in dettaglio le complessità della tecnologia rotativa e gli strumenti utilizzati. Vengono analizzati i vantaggi e gli svantaggi di questa tecnica e vengono presentate le modalità della sua implementazione pratica. Il nostro consiglio sarà utile ai proprietari prudenti di appezzamenti privati ​​che desiderano monitorare il lavoro dei trivellatori.

Definizione di perforazione rotativa

Innanzitutto, diamo un'occhiata a cos'è effettivamente la perforazione di pozzi rotanti e quali sono le sue alternative? La perforazione a coclea è ancora riconosciuta come uno dei metodi più comuni per costruire una presa d'acqua.

Tuttavia tecnologia delle viti non consente il passaggio del substrato roccioso. Il trapano a vite utilizzato nella perforazione della coclea non è in grado di distruggere il calcare. Ma capita spesso di dover approfondire, perché... gli strati sovrastanti non hanno una portata stabile e sufficiente per lo sfruttamento.

La tecnologia di perforazione a carotaggio e a coclea non offre la possibilità di penetrare nelle formazioni rocciose. Nel caso della costruzione di un pozzo su roccia calcarea, è più efficiente ed economico utilizzare il metodo di perforazione a rotazione

Pertanto, la tecnologia rotativa, precedentemente utilizzata solo nell'industria mineraria, iniziò ad essere introdotta nella costruzione di strutture private di presa dell'acqua. Il suo elemento di lavoro si trova leggermente nella parte a fondo pozzo del pozzo. Utilizzando uno scalpello, i terreni coesi e non coesi vengono distrutti e il substrato roccioso viene frantumato.

Lo scavo della roccia distrutta viene effettuato utilizzando un liquido che viene fornito al fondo attraverso una colonna di lavoro o anulare spazio. Si tratta di 2 diversi metodi di perforazione, ciascuno dei quali verrà discusso in dettaglio di seguito.

Il diametro della punta supera il diametro della corda di lavoro, il che consente:

• ridurre il consumo di energia per l'intero processo di perforazione (la potenza viene spesa direttamente solo per ruotare la punta con forza nel foro inferiore e le perdite dovute all'attrito della corda di lavoro contro le pareti del pozzo sono ridotte al minimo);
• proteggere la maggior parte degli elementi della stringa di lavoro dai danni, così come le pareti del pozzo perforato dalla distruzione;
• creare pozzi di diametro impressionante (ad esempio, fino a 70 cm) a profondità estremamente impressionanti.

In questo modo puoi formare pozzi d'acqua, profondità pari o superiore a 300 metri, vale a dire perforare opere di presa dell'acqua per fornire acqua alle aree di dacie e ai villaggi.

Quindi, la definizione: la perforazione utilizzando il principio rotativo è un metodo per sviluppare un pozzo in cui la forza sulla punta nel foro inferiore viene trasmessa dal rotatorio rotatore attraverso la colonna di lavoro. È assemblato da aste: stretti tubi di acciaio collegati in sequenza tra loro lungo una rientranza nel terreno.

Ma per pulire il pozzo e la superficie della miniera dai fanghi viene utilizzata acqua fornita sotto pressione.Grazie a questa soluzione non è necessario smontare e rimontare costantemente la batteria di perforazione per estrarre la carota, come avviene nel carotaggio.

Il fluido immesso nello scavo risolve immediatamente due importanti problemi: apre la strada alla perforazione per ulteriori lavori e produce bene la pulizianecessario per preparare la presa d'acqua al funzionamento.

Vantaggi della tecnologia rotativa

Quali sono i vantaggi della perforazione a rotazione rispetto alle possibili alternative? Ce ne sono molti.

InnanzituttoUtilizzando una punta rotante è possibile creare pozzi di grande diametro in grado di soddisfare pienamente il fabbisogno idrico di più famiglie contemporaneamente.

Non è un segreto che la perforazione non sia un processo economico: richiede attrezzature specializzate e perforatori esperti devono monitorare e gestire il processo. Dopotutto, l'attività associata alla perforazione di pozzi lo è concesso in licenza. Da qui il suo prezzo elevato.

Grazie alla sua forma e al suo design, la punta durante la perforazione a rotazione può formare pozzi di diametro molto maggiore rispetto alle trivelle a coclea e al tubo centrale

Unire più famiglie contemporaneamente per finanziare un pozzo comune per i lotti adiacenti è un'impresa economicamente redditizia. Ma ciò richiede un debito significativo. Nella maggior parte dei casi, le falde acquifere di sedimenti quaternari (sabbie) non sono in grado di fornirli.

Naturalmente, per il funzionamento collettivo, è preferibile installare la presa d'acqua su pietra calcarea. Le acque sotterranee da essa estratte sono caratterizzate da maggiore abbondanza e purezza idrica. Il volume delle precipitazioni non ha la minima influenza sulla portata dei pozzi su calcare. Lo stesso non si può dire dei pozzi di sabbia.

In secondo luogo, convincono grazie ai costi energetici relativamente bassi. L'elemento di lavoro nella perforazione a rotazione è la punta. Ma a differenza della vite e carotaggio, l'utensile di foratura non interagisce con le pareti del foro praticato

Cioè solo la punta è a diretto contatto con il terreno, la cui altezza è trascurabile rispetto all'altezza dell'intera batteria di perforazione. Di conseguenza, questo metodo di formazione dei pozzi è il più veloce: fino a 1000 metri lineari al mese!

Terzo, i clienti collettivi sono attratti dalla profondità di perforazione. Solo con il metodo rotativo è possibile perforare un pozzo in profondità nel substrato roccioso di rocce metamorfiche ed ignee, dalle cui fessure è possibile pompare acqua, la cui composizione è più adatta per scopi potabili.

Molto spesso, solo l'acqua di processo viene estratta da opere di presa d'acqua a meno di 30 m di profondità. La sua composizione è influenzata dai bacini idrici vicini, dai fiumi ricoperti di spazzatura, dalle precipitazioni e semplicemente dai fluidi tecnici versati sul terreno. Una coclea e un tubo centrale aiuteranno a ottenere solo tale presa d'acqua.

L'intero set di attrezzature di perforazione può essere facilmente montato su un'unica piattaforma per veicoli di media portata. Ciò rende il processo di perforazione rotativa molto più avanzato tecnologicamente e quindi più economico

Inoltre, la perforazione a rotazione consente di eseguire i lavori a tutta profondità senza passare a un altro metodo di perforazione. Quando si sviluppa un pozzo con una trivella, ad esempio, se è necessario perforare un masso, si passa al metodo della corda a percussione.

Per fare questo, rimuovi la trivella dalla canna e lancia lo scalpello in faccia finché il masso non si rompe. Poi macellazione sgomberato con una cassetta di sicurezza. Viene utilizzato anche se è necessario sollevare in superficie la sabbia satura d'acqua, che semplicemente non può essere trattenuta nel tubo centrale.

La pratica dimostra che i pozzi perforati con il metodo rotativo hanno una durata maggiore. Tecnologicamente ciò si spiega con il fatto che dopo aver installato l'involucro che forma le pareti del pozzo, l'anello viene ulteriormente rinforzato.

Attrezzature per la costruzione di pozzi

Innanzitutto, sulla superficie sopra il pozzo viene installata una console verticale per l'ulteriore fissaggio dei collegamenti verticali della corda di lavoro. Il primo anello di questo albero di perforazione è dotato di un elemento di lavoro, una punta, che può avere formati diversi, a seconda della categoria di perforabilità della roccia.

Naturalmente, per la perforazione di pozzi d'acqua vengono utilizzate attrezzature più compatte e, di norma, non è richiesta la formazione di una torre designata

Set di strumenti di perforazione

Quando il primo anello, la candela, viene approfondito, su di esso viene posizionato quello successivo, chiamato asta, e così via. La lunghezza di ciascun blocco di tubi può variare da 20 a 50 M. Per semplificare la formazione della colonna di lavoro, ciascuna asta è dotata di filettatura conica con bloccaggio.

Di conseguenza, viene formato uno strumento di perforazione, che consiste in:

• po' di lavoro;
• asta di comando;
• colonne di aste ordinarie collegate tra loro mediante giunti.

La corda di lavoro viene trattenuta tramite un perno, che viene fatto ruotare da un rotore. A seconda della profondità di perforazione prevista e delle proprietà fisiche e meccaniche del terreno, per formare l'anello principale vengono utilizzate barre standard o zavorrate.

L'asta di comando è tipicamente un tubo zavorrato perché ha un'importante missione tecnologica. Attraverso di esso, una soluzione detergente scorre nella faccia della punta, il cui compito è lavare via la roccia frantumata. E questo, a sua volta, pone dei requisiti per le connessioni di accoppiamento, il cui compito è quello di sigillare le connessioni tra i collegamenti.

Non dimenticare che la pressione del liquido dipende direttamente dall'altezza della colonna in formazione (e non dipende dalla sezione trasversale del tubo). Inoltre, anche se si utilizza l'acqua come soluzione di lavaggio, ogni 10 metri la pressione aumenterà di 1 atmosfera.

Per fare un confronto, vale la pena fare un esempio. La pressione di esercizio nella rete di condutture domestiche della casa è di 10 atmosfere e i tubi più resistenti sono progettati per una pressione di 20 atmosfere.

Solo se gli impianti domestici sono fermi e non si muovono, all'asta di comando viene applicata una pressione pari al peso della batteria. Ma deve comunque trasmettere l'impulso rotazionale e la forza alla punta.

I giunti sono gli elementi più critici dello stelo, perché sopportano il peso di tutta la parte inferiore dello stelo adiacente, oltre al carico derivante dalle vibrazioni dinamiche e dal moto rotatorio impartito dal motore

I seguenti requisiti sono imposti ai giunti come elementi strutturali di una batteria di perforazione:

• deve garantire la tenuta del collegamento dell'asta e resistere alla pressione del fluido fino a 100 atmosfere (per pulire il fondo con un getto a pressione);
• deve essere resistente all'usura per non diventare inutilizzabile per attrito contro le pareti del pozzo;
• deve essere in grado di trasmettere la coppia dalla parte superiore della corda di lavoro alla parte inferiore e infine alla punta.

È estremamente importante che i giunti siano della qualità adeguata. Se almeno uno di essi non sopporta il carico e la corda di lavoro è strappata, sarà estremamente difficile riunire la sua parte inferiore con la punta. In termini di costi di capitale, a volte è più semplice perforare un nuovo pozzo nelle vicinanze piuttosto che rimuovere una barra di comando staccata.

Utilizzo dell'acqua durante la perforazione

Il liquido che viene fornito al viso è spesso acqua normale. A volte, al fine di stabilizzare un pozzo che passa attraverso rocce sciolte e incoerenti (sabbia, pietrisco, depositi di ghiaia e ciottoli), viene immessa nel pozzo una soluzione con additivi di perforazione. Ciò è necessario poiché il rivestimento non viene installato nelle prime fasi dello scavo.

L'acqua entra nello scavo sotto pressione all'interno dell'asta di comando (e quindi avviene il pompaggio). anulare spazio) o per gravità verso il basso anulare spazio, e la rimozione avviene già attraverso la colonna di lavoro con una pompa di scarico.

Si tratta di 2 diverse tecnologie di perforazione rotativa, le cui caratteristiche verranno discusse di seguito.

La perforazione a rotazione è caratterizzata dalla massima velocità di sviluppo di un pozzo d'acqua. Contemporaneamente alla perforazione, l'albero viene lavato e le lavorazioni vengono preparate per il funzionamento futuro.

Tuttavia, indipendentemente dal metodo utilizzato, ovunque il fluido utilizzato nella perforazione deve essere purificato (per un ulteriore utilizzo).

Per questo, viene utilizzato il seguente set di attrezzature:

• Fienile di stoccaggio del fango di perforazione. (Se hai intenzione di perforare un pozzo poco profondo, nel giro di poche dozzine di pozzi puoi costruirlo direttamente nel terreno e l'acqua normale viene utilizzata come fluido di lavaggio). Il fienile funge da batteria per il fluido di lavaggio.
• Setaccio vibrante. La soluzione di lavaggio sollevata dal pozzo trasporta particelle di roccia frantumata che devono essere rimosse. Il metodo più efficace è quello meccanico, utilizzando un setaccio vibrante.
• Coppa. Dopo aver rimosso le particelle di roccia di grandi dimensioni, il liquido entra in una vasca di decantazione per rimuovere le particelle sospese che precipitano. Quando si utilizza l'acqua come liquido di lavaggio, a volte viene anche costruito un serbatoio di raccolta direttamente nel terreno. Inoltre, viene utilizzato per separare sostanze liquide e separare i sedimenti. idrociclone.
• Pompa per fango. È questo che garantisce la circolazione della soluzione di lavaggio.
• Sistema di grondaie. Servono per il movimento dell'acqua dal punto di formazione dello scavo al luogo della sua depurazione.

In totale, per sviluppare un pozzo utilizzando la tecnologia rotativa, sono necessari i seguenti meccanismi e attrezzature:

1. Torre o console per assemblare una batteria di perforazione da aste e smontarla al termine della perforazione, nonché un sistema mobile.
2. Motore, garantendo la rotazione del rotore.
3. Attrezzatura liquida. Meccanismi e dispositivi atti ad assicurare la circolazione del liquido di lavaggio e la sua pulizia (pompa; vibrovaglio; vasche di decantazione e/o idrociclone; magazzino per detersivi; sistema di tubi e grondaie).

Per la perforazione a rotazione di pozzi poco profondi, l'intero set di attrezzature elencato è molto compatto (ad esempio, il braccio della console è pieghevole). Ciò garantisce la facilità di posizionamento dell'attrezzatura di perforazione in qualsiasi luogo conveniente per le operazioni di perforazione e le operazioni successive.

Due opzioni di perforazione rotativa

A seconda del metodo di fornitura del fluido di perforazione sul fondo, esistono 2 tipi di tecnologia di perforazione rotativa:

1. con alimentazione diretta;
2. con trasporto inverso.

Va notato che il liquido fornito al viso è destinato non solo al lavaggio e alla rimozione della roccia frantumata. Raffredda anche la punta, che diventa molto calda a causa dell'attrito. Nel caso dell'alimentazione diretta del liquido, la pompa crea una sovrapressione.

L'acqua entra nel foro di fondo attraverso i fori tecnologici dello scalpello, “raccoglie” la roccia frantumata e poi scorre per gravità attraverso il pozzo (cioè attraverso anulare spazio rispetto all'asta principale) entra in superficie, dove entra nel complesso di pulizia (vaglio vibrante, idrociclone).

Il lavaggio può essere diretto o inverso, da questo dipenderanno le caratteristiche qualitative dell'attrezzatura utilizzata, ma lo schema di principio è valido per entrambi i tipi di tecnologia

La tecnologia dell'alimentazione inversa prevede che il fluido di lavaggio fluisca verso il fondo per gravità, discendendo attraverso il pozzo, ma la soluzione con il materiale frantumato rifluisce in superficie attraverso il tubo dell'asta di comando. In questo caso, la pompa del fango crea una pressione negativa al suo interno.

Nonostante l'apparente semplicità di entrambe le tecnologie, qui ci sono molte più sfumature di quanto potrebbe sembrare a prima vista. Sembra quindi opportuno soffermarsi più nel dettaglio su ciascuna di queste tecnologie di perforazione.

Perforazione con alimentazione diretta del fluido di lavaggio

Questa tecnologia è talvolta chiamata anche “flusso d’acqua diretto”. Si consiglia l'utilizzo in terreni sabbiosi, ghiaiosi, pietrisco. Viene utilizzato anche se la profondità della falda acquifera non supera i 30 m, è qui che al liquido vengono aggiunti additivi che ne aumentano la densità e la stabilità del tronco.

La perforazione rotativa è caratterizzata da una progressiva riduzione del diametro del pozzo perforato. In altre parole, viene perforato prima il pozzo dal diametro maggiore e poi quello si sistema tubo, e lo spazio anulare tra la superficie esterna del tubo e la parete del pozzo è riempito con malta cementizia attraverso fori tecnologici.

Quindi la perforazione continua con una punta più piccola. Quindi di nuovo l'involucro e la nuova sezione ha un diametro ancora più piccolo, ecc. Meno spesso è necessario essere “distratti” dalla cementazione di un pozzo, maggiore è la produttività della perforazione, che alla fine si traduce nel costo totale del processo e del pozzo nel suo insieme.

Inoltre, un rivestimento troppo frequente porta alla fine al fatto che il diametro effettivo del pozzo (il diametro che apre la falda acquifera) è notevolmente ridotto. Quindi, il "flusso d'acqua diretto" è caratterizzato dal fatto che un pozzo con questo metodo di formazione non può essere piantato fino a 100 metri.

La pressione principale del fluido di lavaggio viene creata dalla pompa all'interno dell'asta di comando e anulare Il liquido con elementi di roccia frantumata riempie lo spazio per gravità, senza distruggere la parete del pozzo con una pressione eccessiva.

Schema di foratura con adduzione diretta del fluido di lavaggio. Viene alimentato in faccia attraverso il tubo dell'asta principale e risale in superficie per gravità

Tuttavia, questo metodo di perforazione presenta anche degli svantaggi. In particolare, troppo lungo senza custodia Quest'area porta all'introduzione di particelle fini di argilla nelle falde acquifere, che possono ridurre e rallentare significativamente il flusso di acqua nelle lavorazioni dalla falda acquifera.

Queste particelle qui svolgono il ruolo di particolari tappi di pori e microcanali nella roccia attraverso la quale filtra l'acqua.Pertanto, la procedura di rivestimento eseguita durante il processo di perforazione è necessaria per mantenere l'ulteriore produttività del pozzo nel suo insieme.

Perforazione con flusso inverso del fluido di lavaggio

Con questo metodo di controllo dei fluidi, la canna e il fondo vengono puliti meglio. La pompa qui non spinge il liquido sul fondo, ma, al contrario, lo risucchia, e questo porta al fatto che la velocità di formazione di un pozzo con una punta aumenta di un ordine di grandezza e anche molte volte di più rispetto al lavaggio diretto.

Il pozzo stesso non è soggetto a contaminazione da inclusioni di argilla con il flusso del fluido di lavaggio fornito. Dopotutto, la pompa aspira tutto ciò che può essere contenuto al suo interno. A proposito, qui non ha senso pratico aggiungere additivi aggiuntivi, quindi l'acqua pulita viene utilizzata come lo stesso liquido di lavaggio.

Schema di backflushing durante la perforazione a rotazione. L'alimentazione scorre per gravità attraverso l'anello e il liquame viene ritirato da una pompa attraverso il tubo dell'asta principale

Quindi, riassumiamo i vantaggi della perforazione a flusso inverso:

• la velocità di perforazione aumenta (rispetto ad un corso d'acqua diretto) fino a 15 volte;
• la falda acquifera non è ancora intasata da particelle di argilla e granelli di sabbia limosa provenienti dal basso a tempo indeterminato bene i livelli;
• grazie all'apertura di alta qualità della falda acquifera, non è necessario preparare ulteriormente il pozzo per il funzionamento, è possibile installare immediatamente l'involucro interno con filtro e iniziare a pompare;
• Come fluido di lavoro viene utilizzata la semplice (e quindi economica) acqua.

Tuttavia, questo metodo presenta anche uno svantaggio significativo.Richiede l'uso di attrezzature costose, che alla fine portano ad un aumento significativo del costo dell'intero processo di perforazione nel suo complesso.

Pertanto, la perforazione del "flusso d'acqua inverso" viene eseguita solo nei casi in cui il pozzo è progettato per essere utilizzato da più famiglie contemporaneamente. Ma se il pozzo è progettato per uso individuale, è molto più ragionevole utilizzare la tecnologia di perforazione rotativa con flusso d'acqua diretto.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Video n.1. Una dimostrazione visiva del processo di perforazione rotativa passo dopo passo:

Video n.2. Analisi della tecnologia rotativa e principi di costruzione dei pozzi:

Video n.3. Circolazione dell'acqua durante la perforazione a rotazione:

La situazione relativa alla presenza e alla profondità delle falde acquifere può variare notevolmente da luogo a luogo (e in alcuni luoghi non ce ne sono affatto, come sull'isola di Madeira).

Quando si progetta un pozzo e si sceglie il metodo di perforazione rotativa ottimale, è necessario utilizzare le mappe esistenti delle falde acquifere esplorate. Questo ti aiuterà a risparmiare molto tempo e denaro.

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