Metodi di perforazione dei pozzi: principi tecnologici e caratteristiche dei principali metodi
La costruzione di un pozzo di presa d'acqua prevede l'utilizzo di vari metodi di perforazione. I terreni sciolti e saturi d'acqua vengono rimossi utilizzando una sassola. Per la perforazione di formazioni argillose e rocciose vengono utilizzati metodi di perforazione di pozzi basati sul principio di rotazione e vibrazione.
Il lavoro coinvolge meccanismi che permettono lo sviluppo di suoli di varia tipologia e a diverse profondità. Ti diremo come scegliere la tecnologia di perforazione ottimale che ti consenta di completare in modo rapido e impeccabile lo scavo per il dispositivo di presa dell'acqua.
Per presentare visivamente le informazioni che offriamo, il testo è integrato con utili diagrammi, raccolte di foto e tutorial video.
Il contenuto dell'articolo:
Tipi di metodi di perforazione
In precedenza, veniva eseguita principalmente la perforazione di pozzi d'acqua per uso personale manualmente. Questo è stato un processo lungo e ad alta intensità di manodopera, quindi non tutti i proprietari di un terreno o di un cottage potevano vantarsi di avere la propria fonte di approvvigionamento idrico.
A poco a poco, la perforazione meccanizzata ha sostituito i metodi manuali grazie alla significativa facilitazione e accelerazione del processo.
Oggi, quasi tutti i pozzi acquiferi vengono perforati utilizzando un metodo meccanizzato, che si basa sulla distruzione del suolo, riportandolo in superficie in due modi: a secco, quando il terreno di scarto viene rimosso dal pozzo mediante meccanismi, e idraulico, quando viene lavato via con acqua fornita sotto pressione o gravità.
Esistono tre metodi principali di perforazione meccanica:
- Rotazionale (il terreno si sviluppa mediante rotazione).
- Shock (il proiettile di perforazione distrugge il terreno con impatti).
- Vibrante (il terreno è sviluppato da vibrazioni ad alta frequenza).
Il metodo rotazionale è considerato il più produttivo, 3-5 volte più efficiente del metodo con shock e 5-10 volte più efficiente del metodo con vibrazione. Inoltre, il metodo rotazionale è il più economico e accessibile; viene spesso utilizzato come metodo principale di perforazione manuale.
A sua volta, il metodo di perforazione a rotazione, ampiamente utilizzato per la costruzione di pozzi d'acqua, si divide in quattro principali tipologie di perforazione:
- nucleo;
- vite;
- corda antiurto;
- rotante.
Ogni tipologia di perforazione a rotazione ha le sue caratteristiche e viene eseguita con attrezzature appositamente progettate per questo scopo. Diamo un'occhiata a questi tipi di perforazione in modo più dettagliato, determiniamo quali sono le loro differenze e quale metodo deve essere utilizzato in ciascun caso specifico.
Specifiche del carotaggio
Il carotaggio è un metodo rotazionale meccanico in cui il terreno argilloso o sabbioso denso viene estratto sotto forma di nucleo cilindrico. Una carotatrice è un tubo metallico a pareti spesse.
Nella parte superiore della carotatrice è presente un dispositivo per il fissaggio delle aste necessarie per estendere la batteria di perforazione. Di seguito è riportata una corona, il cui tipo viene selezionato in base alla categoria del terreno da perforare.
Quando si guida utilizzando il metodo core, il terreno viene distrutto da una corona a forma di anello. La parte interna del nucleo è conservata in forma intatta. Per facilitare il processo di perforazione in argille, argille e rocce dure e semisolide, viene fornito un fluido di perforazione al foro inferiore.
I fanghi dalla superficie vengono talvolta rimossi mediante lavaggio, iniettando una grande quantità di acqua nel pozzo di produzione. Molto spesso, il lavaggio viene sostituito dal soffiaggio con aria compressa fornita da un compressore all'interno del tubo.Questo tipo di perforazione consente di perforare pozzi con una profondità fino a 1000 metri e un diametro da 8 a 20 cm.
La perforazione meccanica del carotaggio viene eseguita utilizzando impianti di perforazione come ZIF, UGB, UKB, montati su veicoli come KAMAZ, KrAZ, skidder, ecc. Nella versione per perforazione manuale Il tubo centrale viene accorciato e chiamato campana o bicchiere. Il tubo centrale è strutturalmente simile all'ultimo oggetto domestico capovolto.
Il carotaggio viene utilizzato nei seguenti casi:
- esplorazione geologica delle risorse minerarie;
- perforazione di pozzi esplorativi;
- costruzione di pozzi falde acquiferi di qualsiasi profondità, compresi pozzi senza filtro in roccia.
Per dispositivo pozzi d'acqua privati in alcuni casi, il metodo del carotaggio viene utilizzato prima di avviare la perforazione a trivella o a rotazione, svolgendo contemporaneamente un ruolo esplorativo e preparatorio.
Nella costruzione di pozzi privati, la perforazione a carotaggio viene utilizzata in combinazione con la perforazione a percussione. Gli strati di argilla vengono fatti passare attraverso un tubo centrale. Sabbie sciolte, ghiaia e ciottoli con riempitivo di sabbia, che non rimangono nel tubo centrale, vengono rimossi dal pozzo mediante zhelonizzazione.
In termini di efficienza, il metodo del nucleo è leggermente inferiore al metodo della trivella per perforare i pozzi di presa dell'acqua. Una trivella perfora più velocemente, ma non consente di liberare completamente l'albero dalla roccia perforata. Raramente vengono usati in coppia. E se ciò accade, i primi metri vengono coperti con una trivella.
Attrezzature e strumenti utilizzati
Per la perforazione del carotaggio vengono utilizzati i seguenti strumenti:
- punte da trapano in diamante o altro materiale in metallo duro (acciaio, tungsteno, pobedit);
- tubo centrale;
- tubo per rimozione fanghi;
- aste necessarie per estendere la batteria di perforazione;
- raccordi di accoppiamento, adattatori tra tubi, premistoppa.
Durante la perforazione in formazioni rocciose, la punta del trapano si consuma rapidamente e deve essere sostituita. Il materiale della corona è costoso e può sopportare carichi enormi; le opzioni di perforazione con diamante sono le più diffuse.
Tutti gli strumenti utilizzati durante il processo di perforazione devono essere allineati, vale a dire essere posizionato esattamente rispetto all'asse di foratura.
Tecnologia di carotaggio
La caratteristica principale del carotaggio è il passaggio della roccia con la sua completa conservazione nel carotaggio. Quelli. Quando l'attrezzatura di perforazione è in funzione, la corona distrugge il terreno in un anello che, man mano che scende in profondità, viene spinto nel tubo centrale e vi viene trattenuto a causa della sua stessa densità.
Quando si rimuove il tubo pieno dal pozzo della miniera, viene liberato dal nucleo picchiettandolo con una mazza.
Il processo di carotaggio passo dopo passo è il seguente:
- la punta del trapano è collegata al tubo centrale;
- il tubo centrale è collegato ad aste, che aumentano man mano che si approfondiscono;
- l'asta superiore è fissata nell'impianto di perforazione;
- la perforatrice fa ruotare la batteria di perforazione e la “avvita” gradualmente nel terreno;
- il tubo centrale viene gradualmente riempito con il terreno centrale bloccato nella sua cavità;
- dopo aver perforato 50 - 70 cm, la batteria di perforazione viene rimossa in superficie, le aste vengono scollegate una ad una fino alla rimozione del tubo centrale;
- il tubo viene liberato dalla roccia perforata;
- il proiettile svuotato viene nuovamente abbassato sul fondo, estendendo la batteria di perforazione con aste.
Le azioni vengono eseguite nell'ordine descritto finché il pozzo non penetra nella falda acquifera e penetra per 50 cm nella roccia impermeabile sottostante.
Se lo scopo dello scavo non è il fissaggio della falda acquifera superiore, lo possono essere gli strati superiori trapano con lavaggio. In questo caso, la pompa immette la soluzione di lavaggio nei tubi attraverso un tubo. La soluzione porta quindi in superficie il terreno estratto.
Forti vantaggi e svantaggi
Rispetto ai metodi a percussione e a rotazione della perforazione meccanica, la perforazione del carotaggio viene eseguita abbastanza rapidamente, riducendo notevolmente i tempi di lavoro. Il suo principale svantaggio è l'incapacità di sollevare terreni sciolti e ciottoli saturi d'acqua. Si muove lentamente attraverso la roccia, richiedendo uno scalpello per penetrare nei massi.
I vantaggi del carotaggio includono:
- elevata produttività e capacità di perforare pozzi con una profondità superiore a 100 m;
- riduzione dei carichi sulle attrezzature di perforazione dovuta alla distruzione della roccia argillosa, paragonabile al taglio della stessa;
- possibilità di utilizzare una perforatrice mobile di dimensioni compatte.
Il carotaggio è uno dei metodi più rapidi per realizzare opere di presa dell'acqua. Utilizzandolo è possibile perforare un pozzo di sabbia in un giorno lavorativo. In fase di sviluppo presa manuale dell'acqua ci vorrà molto più tempo.
Caratteristiche della perforazione della coclea
Questo tipo di perforazione oggi viene spesso utilizzato durante la costruzione di pozzi d'acqua nelle abitazioni private. Una caratteristica speciale della perforazione a coclea è che la roccia da estrarre viene completamente rimossa dal sito del pozzo senza l'uso di attrezzature aggiuntive. Il metodo ricorda l'avvitamento e consente di perforare in profondità e contemporaneamente rimuovere il terreno non necessario.
Lo strumento utilizzato per la perforazione è chiamato trivella. È un'asta di metallo con lame. Avvitandosi nel terreno, la trivella distrugge la roccia che indugia sulle sue pale. A causa della specifica progettazione della coclea, è impossibile liberare completamente il fronte dallo scarico. Pertanto viene utilizzato principalmente per la penetrazione degli strati superiori.
La perforazione con una trivella non richiede molti sforzi e costi finanziari, quindi l'ambito di applicazione di questo metodo è piuttosto ampio: pozzi di esplorazione geologica, posa di comunicazioni, costruzione di pozzi perforati e parzialmente perforazione dell'acqua.
Ora viene utilizzato attivamente per la costruzione di pozzi abissini, in modo da non spingere completamente l'ago nel terreno denso, ma per facilitare leggermente il processo di immersione del pozzo nella roccia precedentemente distrutta.
Il metodo è adatto per lo sviluppo di pozzi acquiferi profondi fino a 30 m su terreni soffici e sciolti e fino a 20 m su terreni medio-densi. Dopo la perforazione con una trivella e l'installazione del rivestimento, il pozzo deve essere ripulito dalla roccia non estratta con una sassa.
La trivella non è assolutamente adatta a lavorare in zone rocciose! Viene utilizzato per la perforazione parziale di pozzi fino a 120 m, mentre questo metodo è combinato con altri: rotativo, shock-rope, core.
Attrezzature e strumenti coinvolti
La perforazione della coclea viene eseguita utilizzando una piattaforma di perforazione, il cui elemento principale è uno strumento di perforazione a vite in metallo ad alta resistenza. La corda di perforazione viene espansa con coclee di uguali dimensioni man mano che si approfondisce.
Il set comprende talvolta punte a lama, necessarie per passare attraverso le rocce sciolte, nonché punte con teste rotonde o coniche, utilizzate per lo sviluppo di rocce dure.
La maggior parte delle moderne perforatrici sono dotate di utensili cavi dotati di blocchi reversibili che impediscono il movimento dell'utensile nella direzione opposta.
Durante il processo di perforazione, le parti taglienti della coclea vengono raffreddate dal terreno sviluppato e la roccia sviluppata si solleva a spirale. Ciò consente di eseguire la perforazione senza interruzioni, riducendo notevolmente i tempi e i costi energetici legati alla realizzazione di un pozzo di falda.
Tecnologia di perforazione a coclea
Dopo aver completato la penetrazione, la cui profondità è di 1,5 - 2,0 m, la coclea viene rimossa e il involucro. Il diametro del pozzo di presa d'acqua perforato con trivella è di 50 - 200 mm e dipende dalla dimensione dell'utensile utilizzato.
Il crollo delle pareti del pozzo è impedito dal rivestimento dei tubi. Ciò è particolarmente importante per i terreni sciolti e non coesivi, quindi i perforatori hanno una regola: quando si perforano argille e argille sabbiose, utilizzare trivelle con lame posizionate ad un angolo di 30 - 60º e quando si perfora sabbia densa, strumenti con lame ad angolo di 90º.
Con una minore inclinazione delle spire della spirale della coclea, una maggiore quantità di materiale disconnesso viene trasportata in superficie dalla coclea.
Pro e contro dell'utilizzo di una trivella
Il metodo di perforazione a coclea consente di costruire un pozzo il più rapidamente possibile, a condizione che la dimensione della coclea e l'angolo di inclinazione della punta siano stati selezionati correttamente.
I vantaggi della perforazione a coclea includono:
- il terreno risale immediatamente in superficie durante il processo di perforazione;
- elevata velocità di approfondimento del terreno senza soste tecnologiche;
- non è necessario lavare il pozzo;
- per perforare all'interno della casa (nel seminterrato) è possibile utilizzare un'unità trivella compatta o una trivella manuale;
- non è necessario sollevare il primo collegamento in superficie e smontare/assemblare la batteria di perforazione come con il metodo del nucleo.
Lo svantaggio principale della perforazione della coclea può essere considerato l'incapacità di lavorare su terreni sciolti e molto duri, ma allo stesso tempo la coclea è uno strumento ideale per perforare terreni argillosi, misti (argilla e terriccio sabbioso) e argillosi morbidi.
Un altro inconveniente che limita l'uso di una trivella per la costruzione di pozzi acquiferi è la necessità di utilizzare il metodo della corda elastica per pulire il pozzo dalla roccia scaricata.
Somiglianza coclea - bobina Ampiamente usato nella perforazione manuale. Distrugge la roccia allo stesso modo e la afferra con le sue lame per estrarla verso l'alto.
Caratteristiche della perforazione a rotazione
La perforazione a rotazione è un metodo di perforazione a vibrazione rotatoria, in cui la distruzione del terreno viene effettuata utilizzando una punta spinta sul fondo del pozzo dal rotore dell'impianto di perforazione. Il rotore ruota dal motore di un'auto o da un motore elettrico installato separatamente tramite un albero motore.
Il terreno sviluppato viene lavato via dal pozzo mediante lavaggio diretto o inverso. La soluzione di lavaggio può essere fornita per gravità o tramite una stazione di pompaggio.
La perforazione a rotazione viene utilizzata per sviluppare terreni rocciosi e semi-rocciosi durante la costruzione di pozzi profondi fino a 150 m. Un impianto di perforazione a rotazione con una punta opportunamente selezionata e tubi di perforazione zavorrati si adatta bene alle formazioni rocciose.
Gli esperti di perforazione consigliano di utilizzare questo metodo di perforazione alle seguenti condizioni:
- La sezione idrogeologica del sito è stata abbastanza ben studiata. È noto che le rocce dovranno essere perforate. Il livello di presenza della zona acquifero nel substrato roccioso è noto.
- Le acque sotterranee hanno una pressione caratteristica dei pozzi artesiani
- Esiste la possibilità di erogazione ininterrotta di acqua tecnica per il lavaggio del pozzo.
Nelle regioni meridionali, la perforazione a rotazione può essere eseguita tutto l'anno, ma nel clima settentrionale l'uso di questo metodo è limitato a causa della possibilità di congelamento del fluido di perforazione.
Attrezzature e strumenti utilizzati
La perforazione rotativa di pozzi d'acqua viene effettuata utilizzando un telaio o una torre a traliccio su cui si trovano le attrezzature di sollevamento e altri elementi dell'impianto di perforazione. La torre di trivellazione consente di sollevare e abbassare le corde di perforazione nel pozzo.
L'impianto di perforazione di tipo rotativo comprende:
- torre a telaio o traliccio;
- motore di azionamento;
- rotore e batteria di perforazione;
- attrezzature di pompaggio e sistema di purificazione dei liquidi di lavaggio;
- attrezzature di sollevamento, linea di pressione, snodo, guarnizioni, ecc.
Gli impianti di perforazione semoventi utilizzano come motore il motore a combustione interna di un veicolo, sulla base del quale si trova il complesso di perforazione. In questo caso la potenza del motore regola la velocità dell'utensile di perforazione.
Il rotore, utilizzando un dispositivo ad ingranaggi, trasmette la rotazione al tubo motore, che a sua volta la trasmette allo strumento di perforazione principale: la punta.Lo scalpello può avere diverse forme ed è realizzato con materiali ad alta resistenza: compositi, acciaio diamantato, ecc.
Per ogni tipo di terreno viene selezionata una dimensione e una forma speciali della punta, garantendo così un'elevata efficienza e velocità di penetrazione.
L'unicità della tecnologia del rotore
La perforazione rotativa dei pozzi d'acqua viene effettuata in tre fasi:
- Distruzione della roccia mediante scalpello.
- La rimozione della roccia distrutta in superficie mediante un flusso di acqua iniettata.
- Rafforzamento delle pareti del pozzo con tubi di rivestimento.
La rimozione del terreno distrutto viene effettuata mediante lavaggio inverso o diretto. La scelta del metodo di lavaggio dipende da condizioni specifiche: profondità del pozzo, tipo di terreno, disponibilità del volume richiesto di acqua di lavaggio.
Di norma, le aziende agricole private utilizzano la tecnologia di perforazione a circolazione diretta, che comprende le seguenti fasi:
- piantare una punta di grande diametro nel terreno;
- rotazione della punta sotto l'influenza del rotore;
- installazione di aste di perforazione e installazione di tubi zavorrati tra questi e la punta;
- rimozione del terreno di scarto mediante pressione del liquido utilizzando una pompa;
- installazione di un tubo rivestimento per evitare la caduta di terreno all'interno del pozzo;
- forare con una punta di diametro più piccolo e ripetere l'intero ciclo.
Durante il controlavaggio, il terreno viene rimosso dal pozzo attraverso i tubi della batteria di perforazione e il fluido di lavaggio viene versato tra le pareti del pozzo e i tubi.
L'acqua scorre per gravità in un serbatoio pre-preparato, dove viene ripulita dal terreno e dai fanghi, e ritorna alla batteria di perforazione per una nuova porzione di roccia di scarto.
Vantaggi e svantaggi della perforazione a rotazione
Il vantaggio principale del metodo rotativo è la capacità di perforare pozzi profondi con presa d'acqua nel calcare fratturato.
Inoltre, questo metodo di perforazione presenta i seguenti vantaggi:
- alta qualità di apertura della falda acquifera nel substrato roccioso;
- la possibilità di realizzare un pozzo di grande diametro fino a 200 cm;
- elevata velocità di foratura, basso consumo energetico.
Uno svantaggio significativo della perforazione a rotazione è la necessità di organizzare il lavaggio dei pozzi.
Quale metodo di perforazione dovrei scegliere?
Tutti i metodi considerati di perforazione meccanica sono ampiamente utilizzati per la costruzione di pozzi acquiferi.
Riassumendo possiamo dire che:
- Si consiglia di utilizzare carotaggi per la penetrazione in terreni argillosi plastici.Il metodo del nucleo è adatto per la realizzazione della maggior parte delle opere di presa dell'acqua; se necessario, viene utilizzato insieme al metodo della corda elastica.
- La perforazione a coclea ha una portata simile al metodo del nucleo. Si differenzia da esso per la scarsa qualità della pulizia del pozzo e richiede l'uso obbligatorio di una sacca o un lavaggio a lungo termine del pozzo prima dell'operazione.
- La perforazione a rotazione è l'opzione migliore per perforare pozzi in terreni rocciosi.
Il costo per lo sviluppo di un pozzo utilizzando un particolare metodo di perforazione dipende in gran parte dall'attrezzatura utilizzata, nonché dalle categorie di perforabilità delle rocce perforate.
Puoi leggere come realizzare una piattaforma di perforazione con le tue mani in un altro articolo popolare il nostro sito.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Video n.1. Dimostrazione del principio del carotaggio classico con estrazione del carotaggio mediante pressione dell'acqua:
Video n.2. Caratteristiche della perforazione di un pozzo con una trivella:
Video n.3. Carotaggio di un pozzo con lavaggio del fondo e installazione di un doppio involucro, la cui parte esterna è realizzata in tubi di acciaio, la parte interna è in polimero:
La perforazione di un pozzo idrico è un processo ad alta intensità di manodopera. Dalla correttezza del metodo di perforazione scelto dipende non solo la velocità di creazione di una fonte d'acqua autonoma, ma anche i costi finanziari.
La prima cosa a cui prestare attenzione quando si sceglie un metodo di perforazione è il tipo di terreno e la profondità della falda acquifera. In base a questi parametri, puoi scegliere l'opzione migliore che ti consentirà di perforare un pozzo in modo rapido ed economico.
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Una volta che abbiamo deciso di perforare un pozzo da soli e ce ne siamo pentiti moltissimo, abbiamo solo perso tempo. È maturata la conclusione che è meglio rivolgersi ai perforatori, specialisti che sono coinvolti in questa attività da molti anni. Oltre all'esperienza, dispongono di attrezzature e strumenti per scavare diversi tipi di terreno. Ma, come si suol dire, ho già familiarizzato con i miei occhi con il processo di perforazione e ho persino acquisito conoscenze grazie a questo sito. Mi è venuta l'idea di provare a perforare di nuovo un pozzo nella proprietà di mia madre)))
Perforare un pozzo è piuttosto difficile se fai tutto con saggezza, lo attraversi con competenza e lo sistemi in seguito. All’inizio avevo anche pensato di occuparmi di questa faccenda da solo, visto che con le mie mani posso fare tante cose, ma non ho osato avventurarmi qui. Di conseguenza, ho assunto trivellatori, hanno fatto tutto da soli, anche se sono rimasto vicino quasi tutto il tempo e ho chiesto cosa e come per il futuro) I ragazzi sono stati bravi, hanno spiegato tutto chiaramente.
Ho fatto tutto bene. Perforare un pozzo da soli è un processo molto laborioso, inoltre, con un gran numero di sottigliezze, senza sapere quali puoi sbagliare. Qualche anno fa aiutavo un parente nell'esercitazione, quindi ci andavamo quasi tutti i fine settimana per quasi tutta l'estate come se fosse lavoro. Ho deciso da solo: piuttosto che perdere tempo e nervi, è meglio pagare i professionisti, l'importante è trovarne di normali.
I vantaggi del rotativo includono: è possibile forare con un diametro fino a 200 cm, cioè2 metri))) molto probabilmente fino a 200 mm) su quello grande perforano in direzione degli orizzonti portanti di petrolio e gas (i cosiddetti primi metri del pozzo con fondo finale di 3-4-5 mila metri ) c'è una scatola di perforazione 2 per 2 metri))