Metodi di perforazione per i pozzetti e la sua selezione

Leggi questo articolo per conoscere i metodi di perforazione e la sua selezione.

Metodi di perforazione per i pozzetti del tubo:

1. Metodo di foratura a percussione:

Questo metodo è adatto per le formazioni rocciose morbide e fessurate. Nelle formazioni puramente del suolo questo metodo offre una velocità di lavoro molto elevata. Questo metodo consiste nel frantumare e polverizzare il materiale del sottosuolo con una serie di colpi ripetuti con un cutter in metallo duro. Il materiale polverizzato si mescola con l'acqua e viene quindi rimosso. A volte questo metodo è anche chiamato metodo strumento cavo. L'alesaggio può essere fatto manualmente o meccanicamente. I fori fino a 30 cm di diametro e oltre i 200 e 300 m di profondità possono essere forati in modo molto conveniente, soddisfacendo le normali esigenze.

I colpi sono dati per mezzo di uno stantuffo. Lo stantuffo è costituito da un tubo metallico cavo. Un coltello è fissato all'estremità inferiore dello stantuffo mediante rivettatura o saldatura. Una valvola a sfera in acciaio è prevista anche nella parte inferiore dello stantuffo. La valvola è tale da consentire all'impasto di materiale polverizzato del suolo in acqua di entrare nello stantuffo.

Una volta che la sospensione entra nello stantuffo, la valvola si chiude e si impedisce all'impasto di uscire. Quindi la valvola ha solo un'azione in un modo. Talvolta la valvola a cerniera può anche essere fornita nello stantuffo. Lo scopo servito è esattamente lo stesso di quello della valvola a sfera. La Figura 18.4 mostra una valvola a cerniera. Quindi lo stantuffo svolge anche la funzione di un fango e di un bidone.

Lo stantuffo può essere abbassato e sollevato in due modi:

io. Dal sistema di corda, e

ii. Dal sistema di asta.

Nel sistema di funi l'estremità superiore dello stantuffo è fissata a una fune. La corda scorre su una puleggia. Lo stantuffo viene sollevato e rilasciato improvvisamente per dare un colpo. Il sistema di aste è simile in linea di principio al sistema di funi. L'unica differenza è che la barra sostituisce la fune e di conseguenza anche le macchine che azionano l'asta sono cambiate. Lo svantaggio del sistema di aste è che il tempo viene sprecato per aumentare o diminuire la lunghezza dell'asta. La lunghezza dell'asta può essere aumentata o diminuita avvitando o svitando le lunghezze dell'asta di piccole dimensioni.

La procedura noiosa effettiva con il metodo manuale di percussione è come descritto di seguito:

Una fossa viene scavata nel punto in cui deve essere affondato il tubo. Il tubo dell'involucro con una slitta è inserito nella fossa. Una piattaforma è fissata al tubo dell'involucro. La piattaforma viene caricata con materiale disponibile localmente riempito in sacchi di juta.

Sopra il tubo di rivestimento viene montato un treppiede e una puleggia viene fissata centralmente. Una fune corre sopra la puleggia. Un'estremità della fune è attaccata allo stantuffo. Il diametro dello stantuffo è leggermente inferiore al tubo dell'involucro (ad esempio di 6 cm). La disposizione è chiara dalla Fig. 18.5.

Prima di iniziare la trivellazione vera e propria dell'acqua viene versata nel foro. Quando lo stantuffo emette dei colpi durante ogni sospensione, lo stantuffo entra nello stantuffo. I colpi vengono ripetuti finché lo stantuffo non è pieno di liquami. Lo stantuffo viene quindi rimosso e la sospensione viene rimossa capovolgendo lo stantuffo. Lo stantuffo viene nuovamente abbassato e il processo si ripete. Così il tubo dell'involucro continua ad affondare. Quando la lunghezza del tubo dell'involucro scende sufficientemente al di sotto del livello del terreno, è possibile applicare un tubo aggiuntivo nella parte superiore del primo tubo. Per aumentare la percussione della macchina, viene utilizzato.

Il materiale che esce viene ispezionato attentamente e viene preparato un record, viene chiamato logging. Dalla posizione del pozzo di registro delle falde acquifere può essere calcolato correttamente. Quando il tubo dell'involucro del pozzetto raggiunge una profondità predeterminata, la piattaforma viene rimossa e un tubo con filtri a determinati livelli di falde acquifere viene abbassato nel foro. Dopo averlo abbassato alla profondità richiesta, il tubo del filtro viene bloccato. Dà supporto e impedisce che cada nella parte inferiore del foro. Quindi viene aperto il sudario. All'inizio viene eseguita una lunghezza di circa 60 cm. Quindi l'involucro del tubo viene rimosso lentamente di 30 cm.

Poi di nuovo vengono fatti 30 cm di protezione e di nuovo l'involucro del tubo viene sollevato di circa 30 cm. In questo modo l'avvolgimento e l'estrazione del tubo vengono eseguiti lentamente, in successione e in piccoli sollevamenti di circa 30 cm fino a quando l'intera intelaiatura del tubo viene estratta. La quantità di materiale richiesta per la protezione per 30 cm di lunghezza può essere calcolata in anticipo. Dipenderà naturalmente dallo spessore del pacco di ghiaia. Normalmente lo spessore del pacco ghiaia varia tra 7, 5 cm e 25 cm. Lo spessore del pacco ghiaia deve essere tale da non permettere alle particelle più fini di muoversi.

Metodo di percussione macchina o cavo:

La macchina utilizzata per la perforazione di tubi è chiamata perforatrice. L'attrezzatura per il metodo degli utensili a fune è un gruppo montato su un autocarro dalla considerazione della mobilità e consiste di un montante, un paranco multilinea, un raggio mobile e un motore. La Figura 18.6 mostra l'assieme. La serie di utensili comprende punte da trapano, asta di perforazione, vasi di perforazione che fungono da collegamenti e presa di corda per il collegamento della linea di perforazione. La Figura 18.7 mostra i componenti dello strumento di perforazione. Il peso totale dello strumento varia da 100 a 2000 kg. perché sono richiesti diversi tipi di bit per diverse formazioni rocciose. La lunghezza della punta del trapano varia da 1 a 3 m, mentre la punta del trapano ha una lunghezza da 2 a 10 m.

L'operazione in linea di principio è simile al metodo manuale. La punta del cavo funge da frantoio per la perforazione di rocce consolidate. La perforazione viene eseguita da ripetuti colpi dello strumento di perforazione che fa circa 40 a 60 colpi in un minuto. La linea di perforazione viene ruotata in modo tale da perforare un foro rotondo. Come nel metodo manuale, l'acqua viene aggiunta al foro per formare il fango se lo stesso non è presente nella formazione del sottosuolo. Dopo che il foro è stato perforato da 1, 25 a 1, 5 m, l'utensile di perforazione viene rimosso e la sospensione viene estratta dal foro per mezzo di una pompa di sabbia o di una sbarra.

Il salvatore ha una valvola unidirezionale che consente al liquame di entrare nel salvatore, ma non consente di fuggire. Dopo che il barcone è stato riempito, viene sollevato e svuotato in superficie. Anche la lunghezza del bailer va da 3 a 12 m. Nelle formazioni non consolidate il corpo del pozzo viene inserito e contemporaneamente affondato a profondità per evitare la spaccatura del materiale. Il tasso di perforazione dipende principalmente dal tipo di formazione del sottosuolo incontrato, dal diametro del pozzo e dalla profondità del foro. Nelle formazioni rocciose cristalline solide il tasso di perforazione potrebbe essere basso da 2 a 3 m al giorno.

La velocità di perforazione nelle formazioni a sabbia fina che scorre liberamente è altrettanto bassa perché riempie il buco non appena il materiale viene salvato. Per controllare l'afflusso di sabbia il buco può essere tenuto pieno d'acqua. La perforazione nella formazione non consolidata con bouldere è abbastanza difficile perché i massi non solo deflettono il foro ma sono difficili da perforare e impediscono l'affondamento del pozzo. Nelle formazioni morbide come la pietra di sabbia o l'argilla sabbiosa, il tasso di perforazione potrebbe arrivare a 20-30 m al giorno. L'alesaggio viene accuratamente registrato per accertare la posizione dei vari tipi di formazioni incontrate.

2. Metodo rotativo noioso:

Metodo di alesaggio rotante idraulico:

Questo metodo è generalmente chiamato metodo rotativo di alesatura. Questo metodo può essere utilizzato con successo per la formazione rocciosa e non consolidata. Il metodo è quindi utilizzato per il pozzo d'acqua e per la trivellazione del pozzo petrolifero. I pozzi di petrolio sono generalmente molto profondi e questo metodo è adatto per loro perché, a differenza di altri metodi, la velocità di perforazione non dipende dalla profondità del foro.

In questo metodo la foratura viene eseguita mediante punte rotanti attaccate all'estremità inferiore del tubo in acciaio. Il tubo d'acciaio è fissato a una sezione quadrata di una barra d'acciaio nella parte superiore che si chiama kelly. Kelly si adatta a un tavolo rotante in superficie. Il tavolo rotante viene ruotato dalla potenza. La roccia e le talee in polvere vengono rimosse dalla circolazione continua del fluido di perforazione.

La perforatrice rotante idraulica è costituita da una torre o un albero, una tavola rotante, una pompa per l'iniezione di fanghi di perforazione, un paranco e un motore. I tubi di perforazione sono tubi di acciaio senza saldatura generalmente disponibili in lunghezze di 6 m. Il diametro esterno dei tubi varia da 6 a 12 cm.

Generalmente viene utilizzata una dimensione adeguata del tubo perché la perforazione del pozzo richiede una grande quantità di fluido di perforazione in circolazione. I bit di perforazione fissati all'estremità inferiore del tubo di perforazione sono dotati di ugelli corti per dirigere i getti del fluido di perforazione lungo le facce delle lame della punta di perforazione. La figura 18.8 mostra lo schema del metodo di alesatura rotante.

Il tavolo rotante nel quale si inserisce Kelly gira il trapano. La punta di perforazione taglia la formazione e man mano che il foro si approfondisce, l'asta di perforazione scorre verso il basso. A questo punto, Kelly viene sbloccato e tirato su per attaccare una nuova lunghezza di tubo. Il liquido di perforazione o la sospensione di bentonite (argilla) viene pompato attraverso il tubo di perforazione e fuori attraverso gli ugelli nella punta. Il fango sale poi in superficie attraverso lo spazio anulare tra il tubo di trivellazione e il foro e rimuove con esso i frammenti di roccia e le talee.

Il fluido di perforazione esegue le seguenti funzioni:

(i) Sostiene le pareti del foro e impedisce la speleologia.

(ii) Rimuove le talee dal foro.

(iii) Controlla l'afflusso di acque sotterranee nel pozzo mentre è in corso la perforazione.

(iv) Raffredda la punta e lubrifica il gambo del trapano.

(v) Impedisce che le talee si depositino sul fondo del foro.

(vi) Ammorbidisce la formazione sotterranea e accelera la perforazione.

Poiché è probabile che il fango di perforazione possa sigillare formazioni di acqua a bassa pressione, è necessario controllare la quantità di fango nell'acqua. Una volta che il fluido di perforazione viene a galla, viene portato in un pozzo dove i frammenti di roccia si depositano. Il liquido pulito viene ricircolato attraverso il foro.

Con il progredire del noioso, viene eseguita una registrazione dettagliata delle formazioni del sottosuolo. Dopo che il pozzo viene perforato alla profondità richiesta, viene abbassato un tubo del pozzo con filtro e lunghezze cieche di determinate dimensioni. Poiché le pareti del foro sono rivestite con una miscela colloidale di bentonite, diventa necessario lavare le pareti.

Si chiama back-washing. Per il tubo di perforazione per il lavaggio posteriore con un collare delle dimensioni del tubo del pozzo fissato sopra la punta del trapano viene nuovamente inserita. La pompa forza l'acqua contenente il calgon (esa-meta-fosfato di sodio) lungo il tubo di perforazione.

L'acqua scorre attraverso i filtri e il vitello disperde i colloidi di argilla depositati sulle pareti del foro. Per aumentare l'efficienza del back-wash, il tubo di perforazione viene spostato su e giù per creare un'azione di sollevamento. La velocità di perforazione con questo metodo dipende dal tipo di formazione del sottosuolo penetrato e dal tipo di attrezzatura utilizzata. Contrariamente al metodo degli utensili per cavi, la velocità di foratura con il metodo rotativo idraulico non dipende dalla profondità del foro.

Il tasso di perforazione in formazioni rocciose consolidate può variare da 10 a 15 m al giorno mentre in formazioni non consolidate può raggiungere da 100 a 150 m al giorno.

I principali vantaggi del metodo rotativo idraulico sono i seguenti:

(i) La perforazione può continuare ininterrottamente.

(ii) I tassi di perforazione sono piuttosto alti.

(iii) Il tubo di rivestimento non è richiesto. Il fango forma una fodera di argilla sul muro del foro e impedisce la speleologia.

(iv) Quando l'alesaggio si dimostra non riuscito, può essere abbandonato immediatamente come rimozione del tubo di rivestimento ecc., non è coinvolto.

Metodo di alesaggio rotante inverso:

Questo metodo è chiamato metodo rotativo inverso perché il flusso del fluido di perforazione è invertito rispetto al metodo di alesaggio rotante (idraulico). La piattaforma di perforazione utilizzata per il metodo rotativo inverso è simile a quella utilizzata per la perforazione rotante. Esistono tuttavia due varianti. Il primo è che il tubo di perforazione è di diametro maggiore (per esempio 15 cm) e il secondo è che viene utilizzata una pompa speciale di grande capacità con rotori a lama aperta. La pompa consente di scaricare la ghiaia di grandi dimensioni. Il tubo di perforazione di grande diametro consente di sollevare in superficie grosse pietre di 12 cm di diametro.

Come fluido di perforazione viene generalmente utilizzata solo acqua. Si sposta nel foro attraverso lo spazio anulare tra il tubo di perforazione e le pareti del foro. L'acqua raccoglie le talee e la miscela viene aspirata verso l'alto dalla pompa attraverso il tubo di perforazione. A causa della forza di aspirazione, il fluido in ascesa ha una grande velocità e solleva con esso grandi particelle. Lo schema schematico del metodo è mostrato in Fig. 18.9.

In superficie la miscela viene scaricata in un pozzo di sedimentazione. L'acqua raccoglie le particelle fini dalle formazioni sottosuperficiali e non è necessario aggiungere hentonite o altri fanghi all'acqua. Il livello del fluido di perforazione all'interno dello spazio anulare deve essere mantenuto fino alla superficie del terreno per evitare la formazione di spaccature nel foro. Con questo metodo è possibile trapanare pozzetti di grande diametro fino a 150 cm. Questo è il metodo più economico per la perforazione di pozzi di grande diametro in formazioni morbide non consolidate costituite da sabbia, limo o argilla tenera.

Selezione del metodo di perforazione:

Una scelta di metodo di perforazione particolare dipende da:

io. Scopo del pozzo;

ii. Quantità di scarico richiesta;

iii. Profondità di falda

iv. Tipo di formazione del sottosuolo; e

v. Tipo di attrezzatura disponibile.

Pozzi poco profondi di piccolo diametro possono essere perforati nella formazione non consolidata da una trivella azionata manualmente.

Pozzi di piccola capacità in formazioni non consolidate possono essere perforati con il metodo del punto di pozzo con getto a getti o con metodo di alesatura a getto d'acqua.

Tutti i pozzi del tubo profondo sono costruiti mediante perforazione. I metodi rotativi sono generalmente migliori per le indagini geologiche, mentre lo strumento via cavo o il metodo a percussione è superiore per lo studio della qualità dell'acqua.