Perfuração de poços com trado: características da tecnologia e ferramenta para perfuração manual e por meio de instalação

A perfuração de poços para água potável é o método de perfuração mais popular atualmente no território de residências particulares. Você mesmo pode fazer um poço raso com água usando uma furadeira manual. Para facilitar o trabalho, são frequentemente utilizadas plataformas de perfuração de pequeno porte com acionamento.

Diremos por que esse método é tão popular. Vejamos como ele difere de outros métodos de perfuração e em que situações é eficaz de usar. O artigo descreve detalhadamente a tecnologia do trado e o projeto dos equipamentos de perfuração, bem como as ferramentas de perfuração utilizadas na perfuração manual e mecânica.

Especificações da perfuração com trado

Um furo é uma escavação cilíndrica na crosta terrestre que, apesar da sua grande extensão, apresenta uma pequena secção transversal. Seu início é chamado de boca, a superfície lateral é chamada de paredes e o fundo da escavação é chamado de face.

O método de perfuração ideal é escolhido levando em consideração a finalidade funcional do poço, o diâmetro e a profundidade necessários. É importante levar em consideração as propriedades físicas e mecânicas das rochas que devem passar no processo de formação de uma escavação de captação de água.

A viabilidade técnica e económica de perfuração em condições específicas também influencia. Esta é uma etapa significativa do projeto de poços, durante a qual são determinadas as soluções tecnológicas básicas - o tipo de equipamento utilizado e os modos de perfuração.

A viabilidade técnica e econômica do método de perfuração por trado é determinada levando-se em consideração a qualidade do poço, sua durabilidade, prazos de construção e custo

Ao projetar e posteriormente perfurar poços de captação de água, é necessário focar especificamente no uso a longo prazo. A capacidade de manter uma taxa de fluxo estável e uma permeabilidade constante à água da zona de fundo de poço durante um longo período de tempo é importante.

O processo de perfuração de poço inclui várias etapas de trabalho:

1. A destruição da rocha na face, ou seja, a separação das partículas do maciço.
2. Transporte de resíduos de solo para a superfície.
3. Preparar um poço para operação, limpando e equipando o poço, bem como lavando o poço de entrada de água.

A eficiência da perfuração depende diretamente das propriedades físicas e mecânicas inerentes à natureza, nomeadamente: densidade aparente, porosidade, permeabilidade à água de solos não coesos e consistência das rochas argilosas coesivas.

Aconselha-se a utilização de perfuração com trado para perfuração de poços com diâmetro de 60 mm a 200 mm, com profundidade não superior a 80 m em solos soltos e coesos (categoria de perfurabilidade Ⅰ-Ⅲ). Para penetração em rochas de dureza média (categoria Ⅳ-Ⅵ), não é aconselhável utilizar broca helicoidal

Este método não é adequado para perfurar rochas caracterizadas por solidez e ligações cristalinas entre partículas. Quanto mais firmemente os grãos minerais estão consolidados na rocha, mais trabalho é gasto em sua destruição.

Vantagens e desvantagens do método

A opção de perfuração por trado é usada na indústria, engenharia civil e perfuração manual de poços. Sua característica distintiva é a remoção da rocha destruída não com líquido de lavagem ou misturas especiais de gás-líquido, mas diretamente com as partes do projétil do trado.

Existem perfurações com trado direcionadas vertical e horizontalmente. O primeiro método é utilizado na construção de poços aquíferos, bem como na formação de furos para estacas. O segundo é usado ao instalar utilidades usando um método sem valas.

A perfuração rotativa em rochas moles é a mais rápida e barata em comparação com outros métodos

Este método proporciona simultaneamente alta velocidade de penetração em solos não rochosos até uma profundidade de 50-80 metros, permitindo formar imediatamente as paredes da escavação através da instalação de uma coluna de revestimento.

Outra vantagem é a extração de resíduos de solo para a superfície sem levantar a ferramenta. E mais uma coisa: como a perfuração com trado não necessita de fluido de lavagem, ela é utilizada com sucesso em regiões sem água, sendo também utilizada em períodos de predominância de baixas temperaturas.

Hoje a perfuração com unidades de trado é usada:

• Para instalação de poços de água individuais;
• Ao construir fundações a partir de estacas aparafusadas/perfuradas;
• Para instalação de cercas e suportes de concreto armado;
• Ao realizar a instalação de comunicações sem valas;
• Para a construção de poços e fossas rasas.

No entanto, também existem desvantagens. É impossível perfurar um poço com brocas em rochas de alta dureza. Na perfuração em margas duras e semissólidas, argilas com camadas de calcário, podem surgir complicações e na perfuração de rochas abrasivas há um alto consumo de equipamentos de perfuração.

Além disso, existe uma limitação quanto à profundidade da escavação.É muito difícil construir desta forma um poço com mais de 80 metros de profundidade.

Tecnologia de túnel vertical

Um trado é um tubo de perfuração de alta resistência com uma espiral enrolada, que serve como um transportador helicoidal vertical. Sob a influência de uma carga axial, a parte funcional da broca penetra na rocha e a destrói cortando e afrouxando. Ao mesmo tempo, a broca sem-fim alimenta o solo residual na espiral do sem-fim.

O processo de limpeza do poço é contínuo e paralelo à destruição da rocha. O solo separado da face cai sobre uma broca girando em alta velocidade.

Sob a influência de forças centrífugas, o solo solto sobe ao longo das lâminas da coluna de perfuração. O levantamento ocorre devido ao deslizamento em espiral, pois o atrito do solo na broca é menor do que nas paredes do poço.

Assim, a rocha destruída é entregue triturada da face à superfície e lançada pela cabeça do poço. Com fácil transporte, o solo preenche 30-40% do volume total do espaço entre espiras.

Os parâmetros da coluna do sem-fim devem garantir o levantamento rápido de toda a massa de solo destruída pelo sem-fim. Porém, durante a perfuração, parte do solo solto cai novamente no fundo. Portanto, ao realizar a perfuração com trado, é necessária uma limpeza mais intensiva do barril e, após a conclusão, é necessária uma lavagem obrigatória.

Perfuração com eixo helicoidal direcional horizontal

Ao instalar linhas de serviços públicos para diversos fins funcionais sob obstáculos (rodovias, ferrovias, florestas), é utilizada perfuração com trado direcionada horizontalmente.

Na fase inicial da obra, são cavadas duas covas – uma cova inicial (de trabalho) e uma cova receptora.Eles devem estar no mesmo nível do poço projetado. Depois disso, o equipamento necessário é baixado para o poço de trabalho e instalado.

Para perfuração sem-fim na direção horizontal, são utilizadas instalações de grande porte com rotador de broca móvel com maior torque

Esse equipamento possui um grande curso de avanço e é equipado com uma cabeça de perfuração resistente ao desgaste feita de aço de alta liga. Ele também possui uma sonda de rastreamento de perfuração instalada. Ao receber sinais no monitor, o operador controla o andamento do processo e pode ajustar a direção do movimento, bem como o ângulo de inclinação da cabeça de perfuração.

Quando o sem-fim entra no poço receptor, ou seja, ponto final conforme projeto, a broca é retirada. Em vez disso, o expansor e o tubo são fixos. Depois disso, as lâminas são giradas na direção oposta para puxar o tubo para dentro do poço acabado. Ao final da perfuração, a instalação do sem-fim é retirada da cava inicial.

O método sem valas permite a colocação de tubulações de comunicação abaixo do nível do lençol freático com até 80 m de comprimento.Além disso, todos os trabalhos complexos são realizados sem valas intensivas em mão-de-obra, o que permite minimizar o tempo de execução e reduzir os custos financeiros.

A perfuração com trado horizontal é usada na colocação de tubulações de pressão e na instalação de sistemas de comunicação em áreas onde a instalação por outros meios é impossível. Principal vantagem instalação sem valas - lucratividade. Além disso, não há necessidade do uso de bentonita ou outros polímeros para manter a estabilidade da escavação acabada.

Características de perfuração em diferentes rochas

Os parâmetros tecnológicos básicos para a perfuração de um poço são a carga axial e a velocidade de rotação do transportador helicoidal. À medida que a carga aumenta, a velocidade de penetração certamente aumenta, o que pode levar a diversas situações de emergência.

Portanto, é imperativo garantir que o volume de rocha separada por unidade de tempo pelo trado não exceda a produtividade do transportador. Caso contrário, formar-se-ão tampões nas curvas.

A velocidade de perfuração do trado depende diretamente das propriedades do solo, da profundidade e diâmetro do poço, do número de revoluções da coluna, da carga axial no fundo e do desenho da ferramenta usada para destruir a rocha

Via de regra, rochas argilosas plásticas, areias soltas e de média densidade são perfuradas sem carga axial forçada. A ferramenta do trado é inserida no solo pelo seu próprio peso, bem como pela força reativa que ocorre ao alimentar resíduos de rocha na boca de uma abertura cilíndrica.

Cargas axiais de até 5 kN são geralmente criadas durante a perfuração inicial de um poço, ao perfurar em margas arenosas duras, margas, argilas, argilitos e siltitos. A frequência de rotação da coluna não deve exceder 1,7-3,3 s^-1.

Em frequências mais altas, ocorrem vibrações internamente, o que pode fazer com que os elos da coluna de perfuração se soltem. Com isso a furadeira ficará no fundo, é quase impossível retirá-la, o que significa que você terá que perfurar um novo trabalho. E em baixas frequências, o transporte de resíduos de solo para o topo torna-se muito difícil.

À medida que a dureza da rocha aumenta, as cargas axiais aumentam.A perfuração em solos de cascalho e britagem, margas congeladas, areias saturadas de água, siltitos com inclusões de quartzo é realizada com uma carga axial de 8-10 kN por broca e uma velocidade de rotação da coluna de 1,3-2,2 s^-1.

Seixos e rochas contendo pedregulhos não são perfurados usando o método de trado. Esses fragmentos arredondados de rocha são destruídos com um cinzel e elevados à superfície com um fiador.

A perfuração em areias de diferentes densidades e graus de saturação com água, cascalho e brita é realizada em altas velocidades e ao mesmo tempo as paredes da escavação são reforçadas com estruturas de revestimento.

A perfuração com uma broca em argilas de plástico macio e plástico fluido é muitas vezes complicada pela formação de tampões. Quando as partículas de argila aderem à ferramenta do trado, o aprofundamento do poço é interrompido e o transporte de resíduos de rocha até o topo torna-se muito difícil.

Para evitar isso, reduza a velocidade de perfuração ao mínimo possível, caminhe pela coluna e adicione água ao poço. Também em tal situação, levantar periodicamente a ferramenta de perfuração até a superfície e limpá-la da argila aderente ajuda.

Ferramenta de perfuração sem-fim

As ferramentas para perfuração de poços com trado de acordo com o tipo de projeto são diferenciadas pelo número de voltas e pela geometria da peça de corte. Para penetração em margas e margas arenosas duras e semissólidas, são frequentemente utilizadas ferramentas de perfuração, cujas bordas são equipadas com fresas adicionais.

Na maioria das vezes, para conduzir uma escavação de entrada de água para proprietários privados, apenas um sem-fim de partida é usado sem quaisquer acréscimos, porque Rochas sedimentares coesivas e não coesivas precisarão ser perfuradas. Ao aprofundar, a ferramenta é simplesmente estendida com hastes de perfuração.

Neste caso, o projétil é retirado do poço a cada 0,5 - 0,7 m para limpar a própria broca e o fundo da rocha destruída. Esta é uma opção de perfuração mais econômica, mas também mais trabalhosa.

Para perfurar pedras e seixos que podem ser encontrados em solos sedimentares, eles mudam para o método da corda de choque. Via de regra, um cinzel de aço ferramenta é usado para isso. Esta broca, apontada para a extremidade inferior, é “lançada” com força na face até que a “barreira sólida” seja destruída.

Após a destruição de um seixo ou pedregulho, os fragmentos são removidos para a superfície por meio de um vidro (tubo central) ou fiador. Em seguida, eles mudam para o método do parafuso novamente. Na maioria das vezes, para escavar uma mina, é necessário usar vários métodos de perfuração combinados.

Na perfuração de areia solta e marga mole, são utilizadas brocas helicoidais com lâminas voltadas para o fundo em um ângulo de 30-60º, e para perfuração em rochas argilosas coesas - 90º.

Estruturalmente, o trado é um tubo ou uma haste/haste longa e sólida com uma espiral enrolada

Esta espiral é obtida enrolando uma fita de aço de alta resistência com diâmetro de 5 a 7 mm em um mandril de parafuso. É esticado em um tubo/haste e depois soldado.

Quanto maior o diâmetro do tubo base, menor será a capacidade de transporte do sem-fim. Porém, o diâmetro de um produto longo é limitado pela resistência mecânica do parafuso, bem como pela sua tecnologia de produção.

Hoje, são fabricados dois tipos de parafusos:

• Com furo central, ou seja, oco;
• Ponderado - sem furo.

Para minimizar o desgaste do transportador helicoidal ao perfurar rochas abrasivas, uma tira de aço é aparafusada na borda externa ou uma camada de metal é fundida na superfície.

Em altas velocidades de perfuração do sem-fim, um adaptador especial com enrolamento bidirecional de tira de aço é fixado acima do projétil. Neste caso, a maior parte da rocha cai na rosca transportadora sem trituração.

Na extremidade do tubo com espiral enrolada, os elementos de conexão devem ser soldados. Existem dois tipos de conexões roscadas: sem rosca e com rosca. No primeiro caso, os parafusos são conectados por travas de acoplamento e presos por pinos metálicos com pinças; no segundo caso, por aparafusamento.

A conexão rosqueada dos sem-fins em uma coluna de perfuração permite mecanizar sua conexão e desconexão na execução de operações de manobra e no fornecimento de fluido à face. Mas também há uma desvantagem significativa - neste caso não há possibilidade de rotação reversa dos parafusos. Portanto, as conexões sem fio tornaram-se mais difundidas.

As plataformas de perfuração especiais geralmente incluem um conjunto de brocas de diferentes diâmetros.

As mais eficazes são as brocas com orifício central através do qual o ar ou a água são fornecidos à face. Isso permite reduzir o atrito da rocha na superfície do transportador helicoidal

As brocas ocas com conexão roscada são utilizadas na perfuração com sopro, no bombeamento de água na cravação de aberturas cilíndricas na crosta terrestre, na instalação de carga em poços geofísicos, no bombeamento de concreto em furos para estacas. Eles também podem ser usados ​​como invólucro.

Ao perfurar com face contínua, o canal central é bloqueado com uma ferramenta de perfuração presa a um cabo.

Visão geral das plataformas de perfuração

Para perfuração com trado eles usam ambos ferramentas de mãoe instalações mecanizadas. O projeto mais simples é uma furadeira manual.Consiste em uma haste/tubo com lâmina em forma de parafuso e cabo em forma de T rigidamente fixado.

Este tipo de ferramenta de perfuração é aparafusada ao solo como um saca-rolhas. Durante o processo de escavação, ela é ampliada com hastes. As perfuratrizes manuais são dobráveis ​​para torná-las o mais convenientes possível para o transporte em veículos de passageiros. Isso também permite alterar o comprimento da coluna de perfuração do sem-fim.

Usando ferramentas manuais, você pode fazer furos de até 2 metros de profundidade e diâmetro não superior a 20 centímetros. Existem também furadeiras motorizadas com acionamento a gasolina ou elétrico. Seu projeto inclui uma rosca transportadora, ou seja, uma rosca sem-fim, e um motor com caixa de engrenagens. A rotação do eixo do motor garante o movimento do sem-fim.

Com a utilização de uma ferramenta acionada e a presença de hastes de perfuração para extensão, é possível perfurar poços de até 25 metros de profundidade. Com diâmetro de até 30 centímetros, é utilizado para instalação de postes de iluminação na rua, instalação de moirões, fossas para fiscalização de fundações e fundações de solo.

A perfuração de poços de água no território de residências particulares e a formação de furos de grande diâmetro para uma fundação por estaca são realizadas por meio de máquinas portáteis de pequeno porte ou plataformas de perfuração em equipamentos móveis

Unidades móveis são pequenas máquinas com motor elétrico ou a gasolina. Com a ajuda deles, você pode perfurar rapidamente bem para uma residência de verão prepare um grande número de furos para suportes para diversos fins funcionais.

Freqüentemente, essas plataformas de perfuração são feitas na forma de reboques para automóveis de passageiros para facilitar o transporte até o local de trabalho.

Na construção civil e industrial, para formar trabalhos de grande profundidade e diâmetro, são utilizados equipamentos especiais de trado, fixados em equipamentos móveis - caminhões, tratores.

É utilizado na instalação de suportes para linhas de alta tensão e postes de iluminação pública, na instalação de suportes de cercas para estádios, complexos esportivos, instalações industriais e aeródromos. Além disso, usando equipamentos de perfuração com trado em equipamentos móveis, eles constroem cercas de estacas pranchas para poços e instalam estacas parafusadas.

Vídeo útil sobre o tema

Perfuração com trado de poço de água com 20 m de profundidade no território de um domicílio particular:

Este vídeo mostra a tecnologia de perfuração horizontal de um poço para estabelecer comunicações sob uma rodovia:

Instalação de estacas com trado contínuo de grande diâmetro e canal central. Para a execução da obra são utilizadas uma sonda de perfuração Bauer BG-30 e uma bomba de concreto estacionária Liebherr de alto desempenho:

O método de trado fornece altas taxas de perfuração de poços. O desenvolvimento do poço e o fornecimento de resíduos de solo da face à boca da obra ocorrem de forma simultânea e contínua, o que economiza tempo e esforço dos perfuradores e dos recursos investidos no projeto. Portanto, o método de perfuração com trado é popular.

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