Perfuração de poços: tecnologia e nuances de trabalho

Um dos métodos mais produtivos e econômicos para formar minas é a perfuração. É usado em exploração mineral e geologia de engenharia.Além disso, esta é a forma mais fácil e rápida de obter acesso às águas subterrâneas para organizar o abastecimento de água.

Você aprenderá tudo sobre as especificidades da perfuração, as ferramentas necessárias para sua implementação e os recursos de aplicação em nosso artigo proposto.

Âmbito de aplicação da perfuração de núcleo

A perfuração de núcleo é um método que permite determinar com maior precisão a profundidade do telhado e da base das camadas do solo, bem como o nível de profundidade do lençol freático.

A tecnologia de perfuração é amplamente utilizada nas seguintes indústrias:

• Abastecimento de água nas esferas industrial e privada. A perfuração de poços para abastecimento privado de água, a organização da captação de água para aldeias inteiras ou quarteirões da cidade é efetivamente realizada por meio de perfuração devido ao fato de a broca penetrar facilmente em grandes profundidades. A ferramenta central é capaz de levantar quase qualquer rocha destruída, exceto solos saturados de água, soltos e não coesos (areia, cascalho, seixos);
• Exploração geológica na indústria de mineração. Quando a rocha passa, ocorre um efeito pontual no solo ao longo do raio de rotação. Em outras palavras, com um projétil que lembra estruturalmente um cano, uma massa sólida de rochas é perfurada sem perturbar sua estrutura e estado.
• Construção. Realização de pesquisas geotécnicas para estudar as propriedades físicas e mecânicas dos solos e o estado das rochas. A tecnologia central permite identificar com precisão as águas subterrâneas e coletar amostras de água para estudar sua agressividade em relação ao concreto.

Durante a perfuração, um núcleo é extraído - uma coluna de solo ou camadas adjacentes de solo. O núcleo é caracterizado por uma sólida estrutura natural, o que garante uma análise abrangente da rocha estudada. A perfuração com tubo central permite determinar com a maior precisão a profundidade da rocha para fins de estudo.

A perfuração do testemunho garante a integridade do testemunho extraído, o que contribui para o estudo de alta qualidade da rocha. Ao mesmo tempo, é realizada a limpeza da mais alta qualidade da face da rocha destruída

O uso de uma perfuratriz na construção facilita e agiliza significativamente os processos. Uma estaca é facilmente cravada no furo preparado com uma broca ou uma estrutura de concreto armado pronta é montada. A perfuração com núcleo permite criar furos cilíndricos em estruturas de tijolo e concreto.

Tecnologia e equipamentos de trabalho

Existem dois métodos conhecidos de utilização de uma perfuratriz: trabalhar com fornecimento de líquido ao furo inferior ou trabalhar a seco, ou seja, sem fluido de perfuração.

A perfuração sem o uso de fluido de perfuração é utilizada se os solos não coesos estiverem saturados com umidade natural em quantidades suficientes para penetração e extração. A água também não é fornecida ao poço de escavação ao passar por margas/argilas de plástico fluido, plástico macio e refratário, margas arenosas duras e plásticas.

O líquido deve ser utilizado na perfuração de rochas rochosas e semi-rochosas.Na ausência de água, neste caso, o aprofundamento ocorre muito mais lentamente. Além disso, a probabilidade de falha prematura da broca aumenta significativamente e, portanto, a perfuração a seco é considerada mais cara.

A tecnologia de perfuração de poço com descarga permite não apenas prolongar a vida útil do equipamento de trabalho, mas também a maneira mais rápida e menos trabalhosa de libertar a face da rocha destruída

Ao perfurar com fluido de perfuração, a taxa de aprofundamento aumenta significativamente. Na maioria das vezes, este método é usado na perfuração de poços de profundidade considerável. Isso permite que o trabalho seja concluído no menor tempo possível com risco mínimo de danos à coroa.

Água sob alta pressão também é fornecida ao fundo durante o desenvolvimento de um poço em solos soltos e não coesos, se a amostragem por núcleo não for um problema. Nesse caso, a face é simplesmente lavada com jato d'água, liberando o poço da mina do solo destruído.

O princípio da técnica central

O elemento principal na perfuração é uma peça de corte destrutiva instalada na base do tubo central. Eles chamam isso de coroa. Para escavar rochas, são utilizadas coroas especiais equipadas com cortadores de diamante.

As coroas são elementos de corte substituíveis que são aparafusados ​​na borda inferior do tubo central. Eles devem ser trocados várias vezes durante o processo de perfuração.

É a broca diamantada que garante a passagem praticamente desimpedida da broca a grandes profundidades ao conduzir trabalhos de captação de água em calcário. Ou seja, ao desenvolver poços enterrados em rochas rochosas, em cujas fissuras, como resultado de condensações centenárias, formaram-se reservas da mais pura água subterrânea.

As brocas são trocadas da maneira mais simples - remova a peça desgastada e aparafuse uma nova broca no tubo central

A rocha é cortada com uma broca girando em alta velocidade. A velocidade de rotação da broca pode ser ajustada dependendo da densidade do solo a ser desenvolvido. A coroa “corta” o solo apenas ao longo da borda de uma espécie de cilindro, cuja parte central é pressionada no tubo central.

Para extrair o núcleo, a broca é levantada até a superfície. O solo por ele capturado é literalmente expelido da broca por uma corrente de ar fornecida à parte superior do tubo. O processo de sopro é acelerado batendo no projétil com uma marreta.

Durante o processo de perfuração, um segmento de rocha perfurado em forma de cone é empurrado para dentro de um tubo central. Para removê-lo, a ferramenta central é removida do cano desmontando a coluna da haste de perfuração. O núcleo é estourado e arrancado do tubo

Ao passar por rochas duras, as brocas de núcleo têm maior produtividade do que as brocas de matriz e de rolo. Isto se deve à alta velocidade de rotação da broca, o que reduz a quantidade de esforço de desenvolvimento necessário.

Além disso, as brocas destroem completamente a rocha, que precisará ser “retirada” com um balde ou deve ser fornecida água com pressão para lavar o rosto. Na verdade, você terá que passar pela mesma seção duas ou até três vezes: primeiro destrua-a e depois limpe-a. A tecnologia central permite que você passe e limpe o rosto de uma só vez.

Máquinas-ferramentas e equipamentos de perfuração

A escolha da máquina ou equipamento de perfuração é determinada pela finalidade do poço e seu diâmetro. A popularidade do método de perfuração determina a produção de equipamentos e máquinas de perfuração em todo o mundo. Tratores pesados, caminhões e veículos todo-o-terreno são adequados para plataformas destinadas à perfuração de exploração.

O uso de tratores de esteiras pesadas permite a perfuração de poços em áreas com estradas intransitáveis, alagamentos e terrenos instáveis

Na maioria das vezes, o equipamento de perfuração é montado em carros clássicos das marcas MAZ, KAMAZ e Ural. Porém, existem opções de instalação de equipamentos mais leves, que são utilizados para perfuração de poços de água em construções privadas.

No perfuração rotativa manual O tubo central é substituído por seu antecessor histórico - o vidro. Este projétil é uma versão abreviada de um tubo central com uma borda pontiaguda na sola. O vidro é aparafusado ao solo manualmente ou por meio de uma furadeira motorizada e tudo o que nele está acondicionado é retirado para a superfície.

Motores a gasolina e elétricos são utilizados para mecanizar a perfuração manual de poços rasos e formar furos para instalação de cercas e suportes de linhas de energia. Eles transmitem movimentos rotativos ao sem-fim ou ao tubo central

Equipamentos para perfuração e arranjo de poços

Ao implementar a perfuração de núcleo, você precisa de equipamentos que permitam trabalhar em profundidade, desenvolver e extrair uma grande variedade de tipos de rochas. Durante o trabalho, deve ser garantido o levantamento periódico do material destruído pelo projétil até a superfície.

Conjunto padrão de ferramentas de perfuração

Para realizar um trabalho de qualidade você precisa:

• Conchas centrais. Eles são usados ​​tanto para perfuração horizontal quanto para escavação vertical. Usando tubos centrais padrão, é possível perfurar em um ângulo de até 45 graus. As perfuratrizes de paredes finas podem ser usadas exclusivamente para perfuração horizontal sem valas ao estabelecer comunicações.
• Coroas. Esta é uma ferramenta para quebrar rochas que é instalada em um tubo central para facilitar o corte de núcleos em rochas. Brocas de latão são usadas para perfurar solos sedimentares coesos e não coesivos. Brocas de metal duro com fresas diamantadas são produzidas para perfurar rochas e fazer furos em concreto, asfalto e paredes de tijolo.
• Tubos de revestimento de aço. Necessário para o revestimento da escavação - formação de poço, realizado simultaneamente ao seu aprofundamento. Seu diâmetro é igual ao diâmetro do poço. O invólucro para captação de água é selecionado previamente, com foco no diâmetro do tubo central e da bomba que se pretende utilizar no poço.
• Halteres. Estes são tubos estreitos torcidos entre si. Usado para estender a coluna de perfuração. Simplificando, eles são aparafusados ​​​​alternadamente ao topo do tubo central para que o movimento rotacional possa ser transmitido a ele a uma profundidade maior que a altura do projétil. Altura do tubo central + altura da coluna de perfuração = profundidade de escavação.
• Tradutores. Necessário para garantir a união de conexões roscadas de diferentes diâmetros presentes nas hastes de perfuração, rotadores, vedações de lavagem e outros componentes.
• Bujões e vedações de lavagem. Com a ajuda deles, é possível trazer à superfície o solo destruído, caso não haja necessidade de retirar um núcleo inteiro. Nesse caso, a água é fornecida ao rosto, lavando o solo destruído sob pressão para a superfície diurna.
• Cinzéis. Eles são usados ​​para aprofundar o furo nos locais mais difíceis de penetração de uma broca. Ao usar uma broca, às vezes eles mudam de perfuração rotativa para perfuração de percussão por cabo.

A ferramenta apresentada é um conjunto padrão para perfuração usando tecnologia de núcleo.Em alguns casos, dependendo da complexidade do desenvolvimento, podem ser necessárias ferramentas e equipamentos adicionais.

Ao aprofundar a escavação, uma coluna de hastes de perfuração é aparafusada sequencialmente ao topo do tubo central. Para extrair o núcleo do projétil para a superfície da coluna, a haste atrás da haste é desenrolada

Características do projeto do tubo central

Recurso de design projétil durante a perfuração, é devido à preservação máxima da integridade do núcleo e consiste em um arranjo em forma de anel em torno de uma passagem livre. Uma das características mais importantes é o coeficiente amostragem nuclear É definido como a relação entre o diâmetro do núcleo e o diâmetro externo da ferramenta.

A ferramenta de perfuração é padronizada, diferindo principalmente apenas no diâmetro. Com base nas características estruturais, os tubos centrais são classificados em simples e duplos. Projéteis individuais projetados para operar em condições geológicas normais são excelentes para o desenvolvimento de poços de água.

Uma ferramenta dupla com tubo interno não giratório é usada apenas na exploração geológica. É necessário extrair amostras de rochas que são facilmente destruídas sob a influência de vários fatores. Permite colher uma amostra na sua composição natural, com uma percentagem natural de minerais e resíduos rochosos.

Um tubo de núcleo único é usado em amostragem para pesquisa geotécnica, exploração geológica e perfuração de furos para instalação de suportes de linhas de energia.

Todos os tubos centrais são projetados para soprar, fornecer fluido de perfuração ao fundo e limpar o poço. Seu topo é dotado de um orifício tecnológico por onde é injetada água ou jato de ar.

Especificações da parte cortante do projétil

Qualquer coroa apresenta-se em forma de anel com rosca na parte superior, necessária para aparafusar ao tubo central, e fresas localizadas na extremidade inferior. Os cortadores podem ser fundidos ou soldados a esta peça metálica de corte.

As seguintes brocas são usadas para perfuração de núcleo:

• Carboneto – incisivo fino, com nervuras.
• Diamante – impregnado e pequeno diamante.

Os elementos de corte de metal duro são projetados para perfurar solos “moles”. Com a ajuda deles são perfurados todos os tipos de rochas argilosas de qualquer consistência, rochas semi-rochosas, areias pouco úmidas e úmidas de densidade densa e média. Para perfurar arenitos e margas, são utilizadas coroas com fresas de tungstênio-cobalto.

Incisivo fino as brocas são projetadas para perfurar rochas de dureza média de pequeno abrasividade. Estão equipados com cortadores octogonais ou quadrados. Quando as fresas são posicionadas em alturas diferentes, também se consegue uma face escalonada, cujas vantagens foram descritas acima.

Usando brocas nervuradas, a circulação do fluido de lavagem é melhorada expandindo o diâmetro do poço

Com nervuras as brocas são projetadas para perfurar rochas duras de médio abrasividade. Os cortadores dessas coroas consistem em aço cilíndrico ou prismático quartel general com inserto de metal duro. Ao mesmo tempo, mesmo que a coroa se desgaste, o seu desempenho não diminui.

As coroas com fresas diamantadas são projetadas para perfurar rochas rochosas e semi-rochosas de alta abrasividade.

Para aumentar a resistência e melhorar as propriedades abrasivas, os diamantes industriais são prensados ​​em sua massa fundida durante o processo de produção. Recentemente, os cristais naturais são frequentemente substituídos por cristais cultivados artificialmente.

O número de costelas é determinado pelo desenho da coroa e seu diâmetro - pode ser de três a seis. A aceleração do processo de destruição da rocha pode ser alcançada deslocando as costelas para cima em relação ao final da coroa. Isto garante um furo inferior escalonado e facilita a passagem do fluido de lavagem.

Tubos de revestimento de poço

Os tubos de aço com núcleo e revestimento são produzidos de acordo com GOST 51682-2000. Na exploração geológica e na geologia de engenharia, são utilizados para evitar o colapso do solo na face, o que não permitiria compreender a que profundidade uma camada geológica é substituída por outra.

EM arranjo do funcionamento da entrada de água tubos de revestimento formam as paredes do poço. Outra coluna de tubos de produção é imersa no invólucro montado a partir deles. Hoje em dia é mais frequentemente montado em plástico. A coluna de produção é equipada com filtro para reter grãos de areia e cascalho fino durante o bombeamento.

Os mais comuns são tubos de revestimento com conexões de niple. Neste caso, os tubos possuem rosca interna de um lado e rosca externa do lado oposto. O poço de escavação é montado a partir de tubos roscados de forma extremamente simples e rápida.

Tanto os tubos centrais quanto os de revestimento são equipados com roscas, externas em uma extremidade e internas na outra. Isto permite montar a caixa de forma rápida e fácil. Os tamanhos das roscas são unificados - qualquer tubo de revestimento pode servir como tubo central, basta aparafusar a coroa e a parte superior

Existem tubos de revestimento projetados para juntas soldadas. Eles não são utilizados no setor privado devido ao processo de montagem de colunas que exige muita mão-de-obra.

Tanto o revestimento quanto os tubos centrais são feitos de aço grau 45 com grupo de resistência “K”.Para aumentar a resistência ao desgaste superficial, as extremidades dos tubos são endurecidas. Dependendo do equipamento de perfuração utilizado e do diâmetro bomba submersível na construção de captações privadas de água, são utilizados tubos com diâmetro de 100 a 200 mm.

Estágios de perfuração de núcleo

Antes de iniciar o trabalho, é necessário estudar o plano cadastral e preparar a superfície de trabalho. É necessário garantir o acesso desimpedido ao local de perfuração tanto para a própria plataforma de perfuração quanto para a máquina com fluido de lavagem.

O próximo passo é cavar um buraco com volume de pelo menos 2 metros cúbicos - isso evitará a necessidade de usar um tanque adicional. A fossa foi projetada para drenar águas subterrâneas e líquido de lavagem usado. Para instalar a parte principal do tronco é necessário perfurar o solo.

Em seguida, a broca selecionada é conectada ao tubo central da perfuração e selecionada tubos de revestimento, que aumentará à medida que se aprofundam. A instalação deve ser fixada com segurança, após o que a plataforma de perfuração é iniciada.

A tecnologia central com lavagem da face com água torna possível libertar o poço da mina da rocha destruída da maneira mais simples e rápida

À medida que a broca se aprofunda e enche, ela é levantada periodicamente até a superfície e limpa o solo capturado pela ferramenta durante a perfuração. Depois disso, a broca, liberada do núcleo, pode ser novamente imersa no furo do poço para continuar a perfuração.

Para subir até o topo, a coluna de tubos de perfuração, composta por uma ferramenta central e hastes, é desmontada. Ou seja, eles separam sequencialmente a haste após a haste até que o tubo central seja removido do cano.

A melhor opção para o desenvolvimento de um poço para proprietários privados é considerada a perfuração de testemunho, acompanhada de descarga. Neste caso, não é necessário colher amostras. O principal é formar rapidamente o barril e limpá-lo do lodo. Ao mesmo tempo, preparação de trabalhos para uso futuro.

Para a lavagem, você pode usar qualquer água: a água de um lago ou rio próximo é bastante adequada. A perfuração também pode ser feita a seco se estiver sendo desenvolvido um poço para areia. Normalmente, neste caso, alguns baldes de água como fluido de perfuração são suficientes apenas para resfriar o projétil no fundo.

Usando tecnologia central, furos são perfurados em estruturas de concreto e concreto armado, fundações e paredes de tijolos.

Ao trabalhar em areia solta e com baixo teor de umidade, recomenda-se adicionar vidro líquido ou massa de argila à solução de trabalho para fortalecer as paredes do furo. De qualquer forma, quando uma broca passa por um horizonte com estrutura instável, justifica-se reforçar as paredes do poço com tubos de revestimento.

Características tecnológicas do processo

Durante o processo de aprofundamento é possível ajustar a velocidade de rotação da broca. Deve-se notar que a broca pode facilmente superar camadas de rochas sedimentares em baixas velocidades. Mas ao passar pela rocha, é necessário um aumento na velocidade de rotação. Com o método de perfuração é possível penetrar camadas de diversas composições e qualquer dureza.

É necessário levar em consideração que a sonda de perfuração deve estar localizada em local horizontal preparado e nivelado. O ângulo de penetração pode ser ajustado se o diâmetro do poço em desenvolvimento não ultrapassar 1 metro. A verticalidade da escavação é então mantida pelo revestimento.

Os tubos de revestimento podem ser reutilizados se forem removidos da escavação imediatamente após a escavação. Um tubo central é um projétil reutilizável, o que não se pode dizer das coroas. Para perfurar no horizonte sedimentar são necessários pelo menos dois, ou até mais. Ao construir um poço em calcário, é impossível prever com precisão o número de coroas desgastadas.

Para prolongar a vida útil da broca diamantada após instalá-la ou substituí-la, o fundo do poço deve ser tratado com um cinzel. Esta medida aumentará significativamente a taxa de penetração

A plataforma de perfuração pode ser montada em veículos de alta capacidade ou em veículos sobre esteiras equipamento especial em caso de trabalho em condições de terreno difíceis. Equipamentos móveis mais leves podem ser usados ​​na perfuração de poços de água usando o método de núcleo.

Vantagens e desvantagens do método principal

Graças à ação pontual da coroa ao longo de seu raio, é garantido o corte preciso e a chegada à superfície de um núcleo sólido. A tecnologia é aplicável para perfuração de rochas até XII categorias, você pode trabalhar perpendicularmente e em ângulo.

Um dos indicadores mais importantes do método core é a alta produtividade e velocidade de perfuração.

Além disso, podem ser destacadas as seguintes vantagens:

• O volume de perfuração no caso de utilização de fluido de lavagem ou água de processo é de 85%;
• A introdução de emulsões ativas na solução de trabalho permite manter as paredes do poço no seu estado original;
• Devido à redução das cargas axiais pelo fato da rocha não ser destruída de forma contínua, consegue-se uma redução nos custos de energia.
• O método permite trabalhar com qualquer rocha, inclusive basalto e granito.
• Ao utilizar uma máquina móvel pré-fabricada, é possível realizar trabalhos em locais de difícil acesso.

Juntamente com as suas vantagens, a perfuração com núcleo também tem as suas desvantagens:

• Ao trabalhar em rochas fraturadas, muitas vezes ocorre o travamento do núcleo, o que leva à necessidade de remover o tubo para derrubá-lo.
• Ao passar por rochas duras, a broca rapidamente fica cega devido ao superaquecimento e aderência. Para evitar isso, é necessário usar refrigerante e reduzir a vazão. Como resultado, a velocidade de perfuração diminui.
• A pequena seção transversal (até 200 mm) de perfuração não permite o uso de potentes submersível bombas.

No desenvolvimento de poços de água, se for utilizada solução argilosa na abertura da formação, há grande probabilidade de assoreamento do aquífero.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo 1. A fase inicial de perfuração de um poço usando o método core:

Vídeo 2. Perfuração de poço em rocha granítica:

O início da perfuração de um poço deve ser precedido de um cálculo econômico. O cumprimento das normas de segurança e regras operacionais dos equipamentos minimiza o risco de falha dos equipamentos, garantindo assim alta eficiência operacional, velocidade de perfuração e redução de custos econômicos.

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