Métodos de perfuração de poços: princípios tecnológicos e características dos principais métodos

A construção de um poço de captação de água envolve a utilização de diversos métodos de perfuração. Solos soltos e saturados de água são removidos com um fiador. Para perfurar formações argilosas e rochosas, são utilizados métodos de perfuração de poços baseados no princípio rotacional e vibratório.

O trabalho envolve mecanismos que permitem o desenvolvimento de solos de diversos tipos e em diferentes profundidades. Diremos como escolher a tecnologia de perfuração ideal que permite concluir de forma rápida e perfeita a escavação do dispositivo de captação de água.

Para apresentar visualmente as informações que oferecemos, o texto é complementado com diagramas úteis, coleções de fotos e tutoriais em vídeo.

Tipos de métodos de perfuração

Anteriormente, a perfuração de poços de água para uso pessoal era realizada principalmente manualmente. Este era um processo demorado e trabalhoso, de modo que nem todo proprietário de um terreno ou casa de campo podia se orgulhar de ter sua própria fonte de abastecimento de água.

Gradualmente, a perfuração mecanizada substituiu os métodos manuais devido à significativa facilitação e aceleração do processo.

Hoje, quase todos os poços de aquíferos são perfurados por método mecanizado, que se baseia na destruição do solo, levando-o à superfície de duas formas: a seco, quando o solo residual é retirado do poço por meio de mecanismos, e hidráulico, quando é lavado com água fornecida sob pressão ou gravidade.

Existem três métodos principais de perfuração mecânica:

• Rotacional (o solo é desenvolvido por rotação).
• Choque (o projétil perfurante destrói o solo com os impactos).
• Vibrando (o solo é desenvolvido por vibrações de alta frequência).

O método rotacional é considerado o mais produtivo, 3 a 5 vezes mais eficiente que o método de choque e 5 a 10 vezes mais eficiente que o método vibratório. Além disso, o método rotacional é o mais barato e acessível, sendo frequentemente utilizado como principal método de perfuração manual.

Métodos rotativos mecânicos de perfuração de poços de água substituíram métodos manuais ineficazes

Por sua vez, o método de perfuração rotativa, muito utilizado para a construção de poços de água, é dividido em quatro tipos principais de perfuração:

• essencial;
• parafuso;
• corda de choque;
• rotativo.

Cada tipo de furação rotativa possui características próprias e é realizada com equipamentos especialmente projetados para esse fim. Vejamos esses tipos de perfuração com mais detalhes, determinemos quais são suas diferenças e qual método deve ser utilizado em cada caso específico.

Especificidades da perfuração central

A perfuração de núcleo é um método mecânico rotacional no qual solo argiloso ou arenoso denso é extraído na forma de um núcleo cilíndrico. Uma broca central é um tubo de metal de paredes espessas.

Na parte superior da broca existe um dispositivo para fixar as hastes necessárias para estender a coluna de perfuração. Abaixo segue uma coroa, cujo tipo é selecionado em função da categoria de solo a ser perfurado.

Ao cavar pelo método do núcleo, o solo é destruído por uma coroa em forma de anel. A parte interna do núcleo é preservada sem danos. Para facilitar o processo de perfuração em margas, argilas e rochas duras e semissólidas, um fluido de perfuração é fornecido ao furo inferior.

Durante a perfuração, o solo não é destruído, mas é “perfurado” com uma coroa e capturado pelo tubo central. A rocha perfurada é extraída para a superfície na forma de um núcleo - uma coluna cilíndrica monolítica de rocha

O lodo da face às vezes é removido por lavagem - injetando uma grande quantidade de água no poço da mina. Na maioria das vezes, a lavagem é substituída por sopro com ar comprimido fornecido por um compressor dentro do tubo.Este tipo de perfuração permite perfurar poços com profundidade de até 1000 metros e diâmetro de 8 a 20 cm.

A perfuração mecânica é realizada usando equipamentos de perfuração como ZIF, UGB, UKB, montados em veículos como KAMAZ, KrAZ, skidders, etc. Na versão para perfuração manual O tubo central é encurtado e chamado de sino ou vidro. O tubo central é estruturalmente semelhante ao último item doméstico invertido.

A perfuração com núcleo é usada nos seguintes casos:

• exploração geológica de recursos minerais;
• perfuração de poços exploratórios;
• construção de poços aquíferos de qualquer profundidade, inclusive poços sem filtro em rochas.

Para dispositivo poços de água privados em alguns casos, o método do núcleo é utilizado antes de iniciar a perfuração por trado ou rotativa, desempenhando simultaneamente uma função exploratória e preparatória.

Na construção de poços privados, a perfuração com núcleo é utilizada em combinação com a perfuração por corda de percussão. As camadas de argila são passadas através de um tubo central. Areias soltas, cascalho e seixos com enchimento de areia, que não permanecem no tubo central, são removidos do poço por zhelonização.

Em termos de eficiência, o método central é um pouco inferior ao método de trado para perfurar poços de captação de água. Um trado perfura mais rápido, mas não permite que o eixo seja completamente liberado da rocha perfurada. Eles raramente são usados ​​em pares. E se isso acontecer, os primeiros metros são cobertos com uma broca.

As coroas não destroem o solo, mas cortam-no cuidadosamente em todo o perímetro, formando “colunas” - núcleos, estudando os quais é possível criar um trecho hidrológico do local

Equipamentos e ferramentas utilizadas

As seguintes ferramentas são usadas para perfuração:

• brocas de diamante ou outro material de metal duro (aço, tungstênio, pobedit);
• tubo central;
• tubo para remoção de lodo;
• hastes necessárias para estender a coluna de perfuração;
• conexões de acoplamento, adaptadores entre tubos, bucim de lavagem.

Ao perfurar formações rochosas, a broca desgasta-se rapidamente e deve ser substituída. O material da coroa é caro e pode suportar cargas enormes; as opções de perfuração com diamante são as mais difundidas.

Todas as ferramentas utilizadas durante o processo de perfuração devem estar alinhadas, ou seja, estar localizado exatamente em relação ao eixo de perfuração.

Tecnologia de perfuração de núcleo

A principal característica da sondagem é a passagem da rocha com sua total preservação no tubo testemunho. Aqueles. Durante a operação do equipamento de perfuração, a coroa destrói o solo em um anel que, à medida que se aprofunda, é empurrado para dentro do tubo central e nele fica preso devido à sua própria densidade.

Ao remover o tubo cheio do poço da mina, ele é liberado do núcleo batendo nele com uma marreta.

O processo passo a passo de perfuração de núcleo é o seguinte:

• a broca está conectada ao tubo central;
• o tubo central é conectado a hastes, que aumentam à medida que se aprofundam;
• a haste superior é fixada na plataforma de perfuração;
• a furadeira gira a coluna de perfuração e gradualmente a “parafusa” no solo;
• o tubo central é gradualmente preenchido com solo central preso em sua cavidade;
• após perfurar 50 - 70 cm, a coluna de perfuração é removida para a superfície, as hastes são desconectadas uma a uma até que o tubo central seja removido;
• o tubo está livre de rocha perfurada;
• o projétil esvaziado é novamente abaixado até o fundo, estendendo a coluna de perfuração com hastes.

As ações são realizadas na ordem descrita até que o poço penetre no aquífero e penetre 50 cm na rocha impermeável subjacente.

Se a fixação do aquífero superior não for o objectivo da escavação, então as camadas superiores podem ser furar com enxágue. Nesse caso, a bomba vende a solução de lavagem através de uma mangueira para as tubulações. A solução então traz o solo extraído para a superfície.

Caso a finalidade da construção do poço não seja um aquífero em sedimentos arenosos, a perfuração até atingir as rochas pode ser realizada com flushing

Fortes vantagens e desvantagens

Em comparação com os métodos de perfuração mecânica por corda de percussão e rotativa, a perfuração com núcleo é realizada com bastante rapidez, reduzindo significativamente o tempo de trabalho. Sua principal desvantagem é a incapacidade de levantar solos soltos e seixos saturados de água. Ele se move lentamente através da rocha, exigindo um cinzel para penetrar nas rochas.

As vantagens da perfuração com núcleo incluem:

• alta produtividade e capacidade de perfurar poços com profundidade superior a 100 m;
• redução de cargas nos equipamentos de perfuração devido à destruição da rocha argilosa, comparável ao seu corte;
• possibilidade de utilização de uma perfuratriz móvel de dimensões compactas.

A perfuração de núcleo é um dos métodos mais rápidos para desenvolver trabalhos de captação de água. Um poço de areia pode ser perfurado em um dia útil. Em desenvolvimento ingestão manual de água levará muito mais tempo.

Características da perfuração com trado

Este tipo de perfuração hoje é mais frequentemente usado na construção de poços de água em residências particulares. Uma característica especial da perfuração com trado é que a rocha que está sendo extraída é completamente removida do local do poço sem o uso de equipamento adicional. O método se assemelha ao aparafusamento e permite perfurar profundamente e, ao mesmo tempo, remover sujeira desnecessária.

A ferramenta usada para perfuração é chamada de trado. É uma haste de metal com lâminas. Aparafusando-se no solo, a broca destrói a rocha que permanece em suas lâminas. Devido ao desenho específico do sem-fim, é impossível libertar completamente a face do despejo. Portanto, é utilizado principalmente para penetração de camadas superiores.

A perfuração com trado é um método rápido e barato que não requer a organização de um reservatório para fluido de lavagem

A perfuração com trado não exige muito esforço e custos financeiros, pelo que o âmbito de aplicação deste método é bastante amplo: poços de exploração geológica, colocação de comunicações, construção de poços perfurados e parcialmente perfuração de água.

Agora é usado ativamente para a construção de poços abissínios, de modo a não cravar completamente a agulha em solo denso, mas para facilitar um pouco o processo de imersão do poço em rocha previamente destruída.

O método é adequado para o desenvolvimento de poços aquíferos de até 30 m de profundidade em solos moles e soltos e de até 20 m em solos medianamente densos. Após a perfuração com um trado e a instalação do revestimento, o poço deve ser limpo de rocha não extraída com um baldedor.

A broca não é absolutamente adequada para trabalhar em áreas rochosas! É utilizado para perfuração parcial de poços de até 120 m, sendo este método combinado com outros: rotativo, corda de choque, núcleo.

Equipamentos e ferramentas envolvidos

A perfuração com trado é realizada por meio de uma perfuratriz cujo elemento principal é uma ferramenta de perfuração tipo parafuso feita de metal de alta resistência. A coluna de perfuração é expandida com brocas de tamanho igual à medida que se aprofunda.

O kit às vezes inclui brocas de lâmina, necessárias para a passagem de rochas soltas, bem como brocas com cabeça redonda ou cônica, utilizadas para o desenvolvimento de rochas duras.

Uma sonda de perfuração baseada em um veículo equipado com motor potente é a melhor opção para perfurar em locais remotos e de difícil acesso

A maioria das plataformas de perfuração modernas são equipadas com conjuntos ocos equipados com travas reversíveis que evitam que a ferramenta se mova na direção oposta.

Durante o processo de perfuração, as partes cortantes do trado são resfriadas pelo solo desenvolvido, e a rocha desenvolvida sobe em espirais. Isso permite que a perfuração seja realizada sem parar, reduzindo significativamente o tempo e os custos de energia para a criação de um poço com água.

Tecnologia de perfuração sem-fim

Após a conclusão da penetração, cuja profundidade é de 1,5 - 2,0 m, o trado é removido e o invólucro. O diâmetro do poço de captação de água perfurado com trado é de 50 a 200 mm e depende do tamanho da ferramenta utilizada.

O colapso das paredes do poço é evitado por tubos de revestimento. Isto é especialmente importante para solos soltos e não coesos, por isso os perfuradores têm uma regra: ao perfurar margas e margas arenosas, use brocas com lâminas posicionadas em um ângulo de 30 - 60º, e ao perfurar areia densa, ferramentas com lâminas em ângulo de 90º.

Com uma inclinação menor das voltas da espiral do sem-fim, mais lixo desconectado é carregado para a superfície pelo sem-fim.

A perfuração com trado não requer o uso de fluido de perfuração; a rocha desenvolvida com uma broca é transportada para a superfície nas lâminas da ferramenta

Prós e contras de usar uma broca

O método de perfuração com sem-fim permite construir um poço o mais rápido possível, desde que o tamanho do sem-fim e o ângulo de inclinação da broca tenham sido selecionados corretamente.

As vantagens da perfuração com trado incluem:

• o solo sobe à superfície imediatamente durante o processo de perfuração;
• alta velocidade de aprofundamento no solo sem paradas tecnológicas;
• não há necessidade de lavar o poço;
• uma unidade de sem-fim compacta ou uma sem-fim manual pode ser usada para perfurar dentro da casa (no porão);
• não há necessidade de levantar o primeiro elo até a superfície e desmontar/montar a coluna de perfuração como no método de núcleo.

A principal desvantagem da perfuração com trado pode ser considerada a impossibilidade de trabalhar em solos soltos e muito duros, mas, ao mesmo tempo, o trado é uma ferramenta ideal para perfurar em solos argilosos, mistos (argilosos e franco-arenosos) e argilosos moles.

Outra desvantagem que limita o uso de uma broca para a construção de poços contendo água é a necessidade de usar o método da corda de choque para limpar o poço da rocha despejada.

Semelhança sem-fim - bobina Amplamente utilizado em perfuração manual. Ele destrói a rocha da mesma forma e a agarra com suas lâminas para extraí-la para cima.

Características da perfuração rotativa

A perfuração rotativa é um método de perfuração rotativa-vibratória, em que a destruição do solo é realizada por meio de uma broca acionada no fundo do poço pelo rotor da sonda de perfuração. O rotor gira a partir de um motor de carro ou de um motor elétrico instalado separadamente por meio de um eixo de transmissão.

O solo desenvolvido é removido do poço por meio de lavagem direta ou reversa. A solução de lavagem pode ser fornecida por gravidade ou por estação de bombeamento.

A maioria dos poços artesianos são perfurados usando o método de perfuração rotativa: usando uma broca girada por um rotor, seguida de lavagem do poço e fixação de tubos de revestimento.

A perfuração rotativa é usada para desenvolver solos rochosos e semi-rochosos na construção de poços profundos de até 150 M. Uma plataforma de perfuração rotativa com uma broca devidamente selecionada e tubos de perfuração ponderados lida bem com formações rochosas.

Os especialistas em perfuração recomendam o uso deste método de perfuração sujeito às seguintes condições:

1. A seção hidrogeológica do local foi bastante bem estudada. Sabe-se que as rochas terão que ser perfuradas. O nível de ocorrência da zona aquífera no leito rochoso é conhecido.
2. A água subterrânea tem pressão característica de poços artesianos
3. Existe a possibilidade de entrega ininterrupta de água técnica para descarga do poço.

Nas regiões sul, a perfuração rotativa pode ser realizada durante todo o ano, mas no clima norte a utilização deste método é limitada devido à possibilidade de congelamento do fluido de perfuração.

Equipamentos e ferramentas utilizadas

A perfuração rotativa de poços aquíferos é realizada por meio de uma estrutura ou torre treliçada sobre a qual estão localizados os equipamentos de elevação e demais elementos da plataforma de perfuração. A torre possibilita levantar e abaixar as colunas de perfuração no poço.

A plataforma de perfuração rotativa inclui:

• torre de estrutura ou treliça;
• motor de ignição;
• rotor e coluna de perfuração;
• equipamento de bombeamento e sistema de purificação de líquidos de lavagem;
• equipamento de elevação, linha de pressão, giro, vedações, etc.

As plataformas autopropelidas utilizam como motor o motor de combustão interna de um veículo, com base no qual está localizado o complexo de perfuração. Neste caso, a potência do motor regula a velocidade da ferramenta de perfuração.

A fonte de energia para uma plataforma de perfuração rotativa pode ser um motor elétrico estacionário ou móvel, um motor de combustão interna de um carro ou geradores.

O rotor, por meio de um dispositivo de engrenagem, transmite a rotação ao tubo de acionamento, que por sua vez a transmite à ferramenta de perfuração principal - a broca.O cinzel pode ter diferentes formatos e é feito de materiais de alta resistência: compósitos, aço revestido de diamante, etc.

Para cada tipo de solo é selecionado um tamanho e formato de broca especiais, garantindo assim alta eficiência e velocidade de penetração.

A singularidade da tecnologia de rotor

A perfuração rotativa de poços de água é realizada em três etapas:

1. Destruição de rocha com cinzel.
2. A remoção de rocha destruída para a superfície por um fluxo de água injetada.
3. Reforço das paredes do poço com tubos de revestimento.

A remoção da sujeira destruída é realizada por lavagem reversa ou direta. A escolha do método de descarga depende de condições específicas: profundidade do poço, tipo de solo, disponibilidade do volume necessário de água de lavagem.

Via de regra, as fazendas privadas utilizam tecnologia de perfuração de circulação direta, que inclui as seguintes etapas:

• cravar uma broca de grande diâmetro no solo;
• rotação da broca sob a influência do rotor;
• instalação de tubos de perfuração e instalação de tubos ponderados entre eles e a broca;
• remoção de resíduos de solo por pressão de líquido por meio de bomba;
• instalação de tubo de revestimento para evitar que terra caia no interior do poço;
• perfurar com uma broca de diâmetro menor e repetir todo o ciclo.

Durante a retrolavagem, o solo é removido do poço através dos tubos da coluna de perfuração e o fluido de lavagem é derramado entre as paredes do poço e os tubos.

A água flui por gravidade para um reservatório pré-preparado, onde é limpa de solo e lodo, e retorna à coluna de perfuração para uma nova porção de estéril.

Em alguns casos, ao realizar a perfuração rotativa, não se utiliza a lavagem direta ou reversa, mas sim o sopro com ar sob pressão criado por meio de um compressor

Vantagens e desvantagens da perfuração rotativa

A principal vantagem do método rotativo é a capacidade de perfurar poços profundos com captação de água em calcário fraturado.

Além disso, este método de perfuração apresenta as seguintes vantagens:

• alta qualidade de abertura do aqüífero no leito rochoso;
• possibilidade de construção de poço de grande diâmetro até 200 cm;
• alta velocidade de perfuração, baixo consumo de energia.

Uma desvantagem significativa da perfuração rotativa é a necessidade de organizar a lavagem do poço.

Qual método de perfuração devo escolher?

Todos os métodos considerados de perfuração mecânica são amplamente utilizados para a construção de poços aquíferos.

Resumindo, podemos dizer que:

1. É aconselhável utilizar perfuração com núcleo para penetração em solos argilosos plásticos.O método do núcleo é adequado para a construção da maioria dos trabalhos de captação de água; se necessário, é usado em conjunto com o método da corda de choque.
2. A perfuração com trado é semelhante em escopo ao método do núcleo. Difere dele pela má qualidade da limpeza do poço e requer o uso obrigatório de um fiador ou lavagem prolongada do poço antes da operação.
3. A perfuração rotativa é a melhor opção para perfurar poços em solos rochosos.

O custo de desenvolvimento de um poço utilizando um método de perfuração específico depende em grande parte do equipamento utilizado, bem como das categorias de perfurabilidade das rochas perfuradas.

O método corretamente escolhido de perfuração de um poço ajudará não apenas a reduzir o tempo gasto na perfuração, mas também permitirá que você opere a fonte de água sem problemas no futuro

Você pode ler sobre como fazer uma plataforma de perfuração com suas próprias mãos em outro artigo popular nosso site.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo nº 1. Demonstração do princípio da perfuração clássica com extração de testemunho usando pressão de água:

Vídeo nº 2. Características de perfuração de poço com trado:

Vídeo nº 3. Perfuração de poço com descarga de fundo e instalação de revestimento duplo, cuja parte externa é feita de tubos de aço, a parte interna é feita de polímero:

Perfurar um poço de água é um processo trabalhoso. Não só a rapidez de instalação de uma fonte de água autónoma, mas também os custos financeiros dependem da correcção do método de perfuração escolhido.

A primeira coisa que você deve prestar atenção ao escolher um método de perfuração é o tipo de solo e a profundidade do aquífero. Com base nesses parâmetros, você pode escolher a melhor opção que permitirá perfurar um poço de forma rápida e econômica.

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