Perfuração de poços rotativos: visão geral da tecnologia de perfuração e equipamentos necessários

Se uma casa de campo não puder ser ligada a uma central de abastecimento de água, é necessário organizar um sistema autónomo.A maioria dos proprietários prefere construí-lo com base em um poço, cujo desenvolvimento utiliza vários métodos. Veremos a perfuração de poços rotativos - uma opção muito promissora, mas até agora pouco conhecida.

O artigo que propomos descreve detalhadamente os meandros da tecnologia rotativa e as ferramentas utilizadas. São analisadas as vantagens e desvantagens desta técnica e apresentadas formas de sua implementação na prática. Nosso conselho será útil para proprietários prudentes de terrenos privados que desejam monitorar o trabalho dos perfuradores.

Definição de Perfuração Rotativa

Primeiro, vamos ver o que realmente é a perfuração de poços rotativos e quais são suas alternativas? A perfuração com trado ainda é reconhecida como um dos métodos mais comuns de construção de uma tomada de água.

No entanto tecnologia de parafuso não permite a passagem de rochas rochosas. A broca helicoidal usada na perfuração com trado não é capaz de destruir calcário. Mas muitas vezes acontece que você precisa se aprofundar nisso, porque... as camadas sobrejacentes não têm uma vazão estável e suficiente para exploração.

A tecnologia de perfuração com núcleo e sem-fim não oferece a oportunidade de penetrar nas formações rochosas. No caso de construção de poço em calcário, é mais eficiente e econômico utilizar o método de perfuração rotativa

Com isso, a tecnologia rotativa, antes utilizada apenas na indústria de mineração, passou a ser introduzida na construção de estruturas privadas de captação de água. Seu elemento de trabalho está localizado ligeiramente na parte de fundo do poço. Usando um cinzel, os solos coesos e não coesos são destruídos e a rocha é esmagada.

A escavação da rocha destruída é realizada com um líquido que é fornecido ao fundo 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 o consumo de energia para todo o processo de perfuração (a energia é gasta diretamente apenas no giro da broca com força no furo inferior, e as perdas por atrito da coluna de trabalho contra as paredes do poço são minimizadas);
• proteger a maioria dos elementos da coluna de trabalho contra danos, bem como as paredes do poço perfurado contra destruição;
• crie poços de diâmetro impressionante (por exemplo, até 70 cm) em profundidades extremamente impressionantes.

Desta forma você pode formar poços de água, profundidade de 300 metros ou mais, ou seja, perfurar obras de captação de água para fornecer água às áreas de dacha e aldeias.

Então, a definição: a perfuração usando o princípio rotativo é um método de desenvolvimento de um poço no qual a força na broca no furo inferior é transmitida do rotativo rotador através da coluna de trabalho. Ele é montado a partir de hastes - tubos estreitos de aço que são conectados sequencialmente entre si ao longo de uma reentrância no solo.

Mas para limpar o poço e a face da mina do lodo, é utilizada água fornecida sob pressão.Graças a esta solução, não há necessidade de desmontar e remontar constantemente a coluna de perfuração para extrair o núcleo, como na perfuração.

O fluido injetado na escavação resolve imediatamente dois problemas importantes: abre caminho para a sonda de perfuração realizar trabalhos adicionais e produz bem limpandonecessário preparar a entrada de água para operação.

Vantagens da tecnologia rotativa

Quais são as vantagens da perfuração rotativa em relação às alternativas possíveis? Existem vários deles.

PrimeiramenteUsando uma broca rotativa, você pode criar poços de grande diâmetro que podem satisfazer plenamente as necessidades de água de várias residências ao mesmo tempo.

Não é segredo que a perfuração não é um processo barato: requer equipamento especializado e perfuradores experientes devem monitorizar e gerir o processo. Afinal, a atividade associada à perfuração de poços é licenciado. Daí seu alto preço.

Devido ao seu formato e design, a broca durante a perfuração rotativa pode formar poços de diâmetro muito maior do que brocas helicoidais e tubos centrais

Unir várias famílias ao mesmo tempo para financiar um poço comum para lotes adjacentes é um empreendimento economicamente lucrativo. Mas isso requer um débito significativo. Na maioria dos casos, os aquíferos de sedimentos quaternários (areias) não conseguem fornecê-los.

Naturalmente, para operação coletiva, é preferível instalar a tomada d'água em calcário. A água subterrânea extraída dele é caracterizada por maior abundância e pureza de água. O volume de precipitação não tem a menor influência na vazão dos poços de calcário. O mesmo não pode ser dito dos poços de areia.

Em segundo lugar, convence pelos custos de energia relativamente baixos. O elemento de trabalho na perfuração rotativa é a broca. Mas ao contrário do parafuso e perfuração de núcleo, a ferramenta de perfuração não interage com as paredes do furo perfurado

Ou seja, apenas a broca está em contato direto com o solo, cuja altura é desprezível em relação à altura de toda a coluna de perfuração. Como resultado, este método de formação de poços é o mais rápido - até 1.000 metros lineares por mês!

Terceiro, os clientes coletivos são atraídos pela profundidade de perfuração. Somente com o método rotativo é possível perfurar um poço profundamente em rochas metamórficas e ígneas, de cujas fissuras pode ser bombeada água, cuja composição é mais adequada para consumo.

Na maioria das vezes, apenas a água de processo é extraída de instalações de captação de água com menos de 30 m de profundidade. Sua composição é influenciada por reservatórios próximos, rios cheios de lixo, precipitação e simplesmente fluidos técnicos derramados no solo. Uma broca e um tubo central ajudarão a obter apenas essa entrada de água.

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

Além disso, a perfuração rotativa permite que você realize o trabalho em profundidade total sem mudar para outro método de perfuração. Ao desenvolver um poço com trado, por exemplo, se for necessário perfurar uma rocha, eles mudam para o método de corda de percussão.

Para fazer isso, retire a broca do cano e jogue o cinzel na face até que a pedra se quebre. Então abate limpo com um fiador. Também é usado se for necessário elevar à superfície areia saturada de água, que simplesmente não pode ser retida no tubo central.

A prática mostra que os poços perfurados pelo método rotativo têm uma vida útil mais longa. Tecnologicamente, isso se explica pelo fato de que após a instalação do revestimento que forma as paredes do poço, o anel é ainda mais reforçado.

Equipamento para construção de poço

Primeiro, um console vertical é instalado na superfície acima do poço para maior fixação dos elos verticais da coluna de trabalho. O primeiro elo deste eixo de perfuração é equipado com um elemento de trabalho - uma broca, que pode ter diferentes formatos, dependendo da categoria de perfurabilidade da rocha.

É claro que equipamentos mais compactos são utilizados para a perfuração de poços aquíferos, e a formação de uma torre designada, via de regra, não é necessária.

Conjunto de ferramentas de perfuração

Quando o primeiro elo, a vela, é aprofundado, o próximo, denominado haste, é colocado sobre ele, 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 trava.

Como resultado, é formada uma ferramenta de perfuração, que consiste em:

• bit de trabalho;
• haste de acionamento;
• colunas de hastes comuns conectadas entre si por acoplamentos.

A coluna de trabalho é mantida por meio de um suporte giratório, que é girado por um rotor. Dependendo da profundidade planejada para perfurar, bem como das propriedades físicas e mecânicas do solo, hastes padrão ou pesadas são utilizadas para formar o elo condutor.

A haste de acionamento é normalmente um tubo ponderado porque tem uma importante missão tecnológica. Através dele, uma solução de lavagem flui para a face da broca, cuja tarefa é lavar a brita. E isso, por sua vez, apresenta requisitos para conexões de acoplamento, cuja tarefa é vedar as conexões entre os elos.

Não se esqueça que a pressão do líquido depende diretamente da altura da coluna que está sendo 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 efeito de comparação, vale dar um exemplo. A pressão de trabalho na rede de dutos domésticos da casa é de 10 atmosferas, e os tubos mais fortes são projetados para uma pressão de 20 atmosferas.

Somente se os sistemas domésticos estiverem estacionários e não se moverem, uma pressão igual ao peso da coluna de perfuração será aplicada à haste de acionamento. Mas ainda deve transmitir impulso rotacional e força à broca.

Os acoplamentos são os elementos mais críticos da haste, pois suportam o peso de toda a parte inferior da haste adjacente, bem como a carga das vibrações dinâmicas e do movimento rotacional transmitido pelo motor.

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

• deve garantir a estanqueidade da conexão da haste e suportar pressão do fluido de até 100 atmosferas (para limpeza do fundo com jato de pressão);
• deve ser resistente ao desgaste para não ficar inutilizável devido ao atrito com as paredes do poço;
• deve ser capaz de transmitir torque do topo da coluna de trabalho para a parte inferior e, finalmente, para a broca.

É extremamente importante que os acoplamentos sejam de qualidade adequada. Se pelo menos um deles não suportar a carga e o fio de trabalho estiver rasgado, será extremamente difícil juntar sua parte inferior com a broca. Em termos de custos de capital, às vezes é mais fácil perfurar um novo poço próximo do que remover uma haste de acionamento desconectada.

Uso de água durante a perfuração

O líquido fornecido ao rosto geralmente é água comum. Às vezes, para estabilizar um poço que passa por rochas soltas e incoerentes (areia, brita, cascalho e depósitos de seixos), uma solução com aditivos de perfuração é alimentada no poço. Isto é necessário porque o revestimento não é instalado nas primeiras etapas da escavação.

A água entra na escavação sob pressão dentro da haste de acionamento (e então o bombeamento ocorre através anular espaço), ou pela gravidade através anular espaço, e a retirada já ocorre através da coluna de trabalho com bomba de bombeamento.

Estas são duas tecnologias diferentes de perfuração rotativa, cujas características serão discutidas abaixo.

A perfuração rotativa é caracterizada pela maior velocidade de desenvolvimento de um poço de água. Simultaneamente à perfuração, o eixo é lavado e o funcionamento é preparado para operação futura.

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

Para isso, é utilizado o seguinte conjunto de equipamentos:

• Celeiro de armazenamento de lama de perfuração. (Se você planeja perfurar um poço raso, dentro de algumas dezenas de poços você pode construí-lo diretamente no solo, e água comum é usada como fluido de lavagem). O celeiro funciona como uma bateria para o fluido de lavagem.
• Peneira vibratória. A solução de lavagem retirada do poço carrega partículas de brita que precisam ser removidas. O método mais eficaz é o mecânico, utilizando peneira vibratória.
• Depósito. Depois que grandes partículas de rocha são removidas, o líquido entra em um tanque de decantação para remover as partículas suspensas que precipitam. Ao usar água como líquido de lavagem, às vezes também é construído um tanque diretamente no solo. Além disso, é usado para separar substâncias líquidas e separar sedimentos. hidrociclone.
• Bomba de lama. É isso que garante a circulação da solução de lavagem.
• Sistema de calha. São necessários para a movimentação da água desde o ponto de formação da escavação até o local de sua purificação.

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

1. Torre ou console para montar uma coluna de perfuração a partir de hastes e desmontá-la após a conclusão da perfuração, bem como um sistema de deslocamento.
2. Motor, garantindo a rotação do rotor.
3. Equipamento Líquido. Mecanismos e dispositivos para garantir a circulação do líquido de lavagem e sua limpeza (bomba; peneira vibratória; tanques de decantação e/ou hidrociclone; celeiro de armazenamento para lavagem de líquidos; sistema de tubulações e calhas).

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

Duas opções de perfuração rotativa

Dependendo do método de fornecimento do fluido de perfuração ao fundo, existem 2 tipos de tecnologia de perfuração rotativa:

1. com alimentação direta;
2. com alimentação reversa.

Ressalta-se que o líquido fornecido ao rosto não se destina apenas à lavagem e remoção de brita. Também esfria a broca, que fica muito quente com o atrito. No caso de fornecimento direto de líquido, a bomba cria seu excesso de pressão.

A água entra no furo inferior através dos furos tecnológicos da broca, “pega” a rocha britada e depois flui por gravidade através do poço (ou seja, através anular espaço em relação à haste motriz) entra na superfície, onde entra no complexo de limpeza (peneira vibratória, hidrociclone).

A descarga pode ser direta ou reversa, o que determinará as características de qualidade do equipamento utilizado, mas o diagrama principal é válido para ambos os tipos de tecnologia

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

Apesar da aparente simplicidade de ambas as tecnologias, há muito mais nuances aqui do que pode parecer à primeira vista. Portanto, parece apropriado nos determos em mais detalhes em cada uma dessas tecnologias de perfuração.

Perfuração com fornecimento direto de fluido de lavagem

Esta tecnologia também é às vezes chamada de “fluxo direto de água”. É aconselhável utilizá-lo em solos arenosos, cascalhos e brita. Também é utilizado se a profundidade do aquífero não ultrapassar 30 m, é aqui que são adicionados ao líquido aditivos que aumentam a densidade e a estabilidade do tronco.

A perfuração rotativa é caracterizada por uma redução gradual no diâmetro do poço perfurado. Em outras palavras, o poço de maior diâmetro é perfurado primeiro e depois se acalma tubo, e o espaço anular entre a superfície externa do tubo e a parede do poço é preenchido com argamassa de cimento através de furos tecnológicos.

Então a perfuração continua com uma broca menor. Em seguida, revestimento novamente, e a nova seção terá um diâmetro ainda menor, etc. Quanto menos vezes você precisar se “distrair” cimentando um poço, maior será a produtividade da perfuração, o que acaba se traduzindo no custo total do processo e do 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 aquífero) é bastante reduzido. Assim, o “fluxo direto de água” se caracteriza pelo fato de um poço com esse método de formação não poder ser plantado 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 brita preenche o espaço por gravidade, sem destruir a parede do poço com excesso de pressão.

Esquema de perfuração com fornecimento direto de fluido de lavagem. Ele é alimentado na face através do tubo da haste principal e sobe à superfície por gravidade

No entanto, este método de perfuração também apresenta desvantagens. Em particular, muito tempo sem caixa Esta área leva à introdução de partículas finas de argila nos aquíferos, o que pode reduzir e retardar significativamente o fluxo de água do aquífero para o funcionamento.

Essas partículas aqui desempenham o papel de uma espécie de tampão de poros e microcanais na rocha por onde a água escoa.Portanto, o procedimento de revestimento realizado durante o processo de perfuração é necessário para manter a produtividade adicional do poço como um todo.

Perfuração com fluxo reverso de fluido de lavagem

Com este método de controle de fluidos, o cano e o fundo são melhor limpos. A bomba aqui não pressiona o líquido para o fundo, mas, ao contrário, o suga de volta, e isso leva ao fato de que a velocidade de formação de um poço com uma broca aumenta em uma ordem de grandeza e até várias vezes mais em comparação com a descarga direta.

O poço em si não está sujeito a contaminação por inclusões de argila com o fluxo do fluido de lavagem fornecido. Afinal, a bomba suga tudo o que contém. A propósito, não há sentido prático em aditivos adicionais aqui, então água limpa é usada como o mesmo líquido de lavagem.

Esquema de backflushing durante a perfuração rotativa. A alimentação flui por gravidade através do anel e a lama é puxada de volta por uma bomba através do tubo da haste principal

Então, vamos resumir as vantagens da perfuração de fluxo reverso:

• a velocidade de perfuração aumenta (em comparação com um curso de água direto) em até 15 vezes;
• o aquífero não está obstruído com partículas de argila e grãos de areia siltosos da parte inferior, mas aberto níveis de poço;
• graças à abertura de alta qualidade do aquífero, o poço não precisa de preparação adicional para operação, pode-se instalar imediatamente o invólucro interno com filtro e iniciar o bombeamento;
• Água simples (e, portanto, barata) é usada como fluido de trabalho.

No entanto, este método também tem uma desvantagem significativa.Requer o uso 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 de “fluxo reverso de água” é realizada apenas nos casos em que o poço é projetado para operação por vários domicílios ao mesmo tempo. Mas se o poço for projetado para uso individual, é muito mais razoável usar a tecnologia de perfuração rotativa com fluxo direto de água.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo nº 1. Uma demonstração visual do processo de perfuração rotativa passo a passo:

Vídeo nº 2. Análise da tecnologia rotativa e princípios de construção de poços:

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

A situação com a presença e profundidade dos aquíferos pode variar muito de local para local (e em alguns locais não existem, como na ilha da Madeira).

Ao projetar um poço e escolher o método ideal de perfuração rotativa, você deve usar mapas existentes de aquíferos explorados. Isso ajudará você a economizar tempo e dinheiro significativos.

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