Métodos de perforación para pozos de tubo y su selección

Lea este artículo para conocer los métodos de perforación y su selección.

Métodos de perforación para pozos de tubo:

1. Método aburrido de percusión:

Este método es adecuado para las formaciones rocosas blandas y fisuradas. En formaciones puramente de suelo, este método da una tasa de trabajo muy alta. Este método consiste en romper y pulverizar el material del subsuelo mediante series de golpes repetidos con un cortador de metal duro. El material pulverizado se mezcla con agua y luego se retira. A veces este método también se llama método de herramienta de cable. El taladrado se puede realizar de forma manual o mecánica. Los orificios tan grandes como 30 cm de diámetro y más de 200 a 300 m de profundidad pueden perforarse de manera muy conveniente que cumplan con los requisitos normales.

Los golpes se dan mediante un émbolo. El émbolo consiste en un tubo de metal hueco. Un cortador se fija al extremo inferior del émbolo mediante remachado o soldadura. También se proporciona una válvula de bola hecha de acero en la parte inferior del émbolo. La válvula es tal que permite que la lechada del material del suelo pulverizado en agua entre en el émbolo.

Una vez que la suspensión entra en el émbolo, la válvula se cierra y se evita que la suspensión salga. Por lo tanto, la válvula tiene una sola acción. A veces, la válvula de aleta también se puede proporcionar en el émbolo. El propósito que se cumple es exactamente el mismo que el de la válvula de bola. La figura 18.4 muestra una válvula de válvula. Por lo tanto, el émbolo realiza la función de un fango y un salvador también.

El émbolo se puede bajar y elevar de dos maneras:

yo. Por sistema de cuerda, y

ii. Por sistema de varilla.

En el sistema de cuerda, el extremo superior del émbolo está unido a una cuerda. La cuerda corre sobre una polea. El émbolo se levanta y se suelta repentinamente para dar un golpe. El sistema de varilla es similar en principio al sistema de cuerda. La única diferencia es que la varilla reemplaza a la cuerda y, en consecuencia, también se cambia la maquinaria de operación de la varilla. La desventaja del sistema de barras es que se pierde tiempo en aumentar o disminuir la longitud de la barra. La longitud de la barra se puede aumentar o disminuir atornillando o desatornillando longitudes de barra pequeñas.

El procedimiento de perforación real por el método de percusión manual es como se describe a continuación:

Se cava un pozo en el sitio donde se hundirá el pozo del tubo. El tubo de revestimiento con una zapata de corte se inserta en el pozo. Una plataforma se sujeta al tubo de la carcasa. La plataforma se carga mediante material disponible localmente rellenado en bolsas de yute.

Sobre la tubería de la carcasa, se erige un trípode y se fija una polea centralmente. Una cuerda corre sobre la polea. Un extremo de la cuerda está unido al émbolo. El diámetro del émbolo es ligeramente menor que el tubo de la carcasa (por ejemplo, 6 cm). La disposición es clara a partir de la figura 18.5.

Antes de comenzar el taladrado real, se vierte un poco de agua en el agujero. A medida que el émbolo da golpes durante cada golpe, la lechada entra en el émbolo. Se dan golpes repetidamente hasta que el émbolo está lleno de lodo. Luego se saca el émbolo y se extrae la suspensión girando el émbolo al revés. El émbolo se baja de nuevo y el proceso se repite. Así se va hundiendo el tubo de revestimiento. Cuando la longitud de la tubería de revestimiento se encuentra debajo del nivel del suelo lo suficiente, se puede conectar una tubería adicional en la parte superior de la primera tubería. Para aumentar la tasa de trabajo de la máquina se utiliza la percusión.

El material que sale se inspecciona cuidadosamente y se prepara un registro, se denomina registro. Desde la posición de registro de pozo de los acuíferos se puede calcular correctamente. Cuando la tubería de revestimiento del pozo alcanza una profundidad predeterminada, la plataforma se retira y un tubo con filtros en los niveles determinados de acuíferos se baja en el agujero. Después de bajarlo hasta la profundidad requerida, el tubo del colador se sujeta. Da soporte y evita que caiga en el fondo del agujero. Entonces se inicia la envoltura. Al principio se hacen unos 60 cm de longitud de protección. A continuación, la carcasa del tubo se retira lentamente 30 cm.

Luego, una vez más, se hacen 30 cm de protección y, de nuevo, la tubería se levanta unos 30 cm. Por lo tanto, la cubierta y la extracción de la tubería se realizan de forma lenta, sucesiva y en pequeñas elevaciones de unos 30 cm hasta que se retira la carcasa de la tubería. La cantidad de material requerido para la protección por longitud de 30 cm se puede calcular con precisión de antemano. Dependerá naturalmente del grosor del paquete de grava. Normalmente el espesor del paquete de grava varía entre 7, 5 cm a 25 cm. El grosor del paquete de grava debe ser tal que no permita que incluso las partículas más finas se muevan.

Método de la herramienta de percusión por cable o máquina:

La máquina utilizada para la perforación de pozos de tubos se llama plataforma de perforación. La plataforma para el método de herramienta de cable es un ensamblaje montado en un camión, teniendo en cuenta la movilidad y consiste en un mástil, un polipasto multilínea, una viga móvil y un motor. La figura 18.6 muestra el montaje. La serie de herramientas incluye broca, vástago de perforación, tarros de perforación que sirven como enlaces de conexión y zócalo de cable para conectar la línea de perforación. La figura 18.7 muestra los componentes de la herramienta de perforación. El peso total de la herramienta varía de 100 a 2000 kg. Porque se requieren diferentes tipos de bits para diferentes formaciones rocosas. La longitud de la broca varía de 1 a 3 m, mientras que el vástago de perforación tiene una longitud de 2 a 10 m.

La operación en principio es similar al método manual. La broca de la herramienta de cable actúa como una trituradora para perforar rocas consolidadas. La perforación se realiza mediante golpes repetidos de la herramienta de perforación, que realiza de 40 a 60 golpes en un minuto. La línea de perforación se gira de manera que se taladra un agujero redondo. Al igual que en el método manual, se agrega agua al orificio para formar la suspensión si no está presente en la formación del subsuelo. Después de perforar el orificio de 1, 25 a 1, 5 m, se retira la herramienta de perforación y se saca el lodo del agujero por medio de una bomba de arena o un achicador.

El achicador tiene una válvula de una vía que permite que la lechada entre al depositante pero no permite escapar. Después de que se llena el achicador, se levanta y se vacía en la superficie. La longitud del achicador también varía de 3 a 12 m. En formaciones no consolidadas, el revestimiento del pozo se inserta y, simultáneamente, se hunde hasta la profundidad máxima para evitar que el material se hunda. La velocidad de perforación depende del tipo de formación de subsuelo, el diámetro del pozo y la profundidad del pozo principalmente. En formaciones rocosas cristalinas sólidas, la tasa de perforación podría ser tan baja como de 2 a 3 m por día.

La velocidad de taladrado en formaciones de arena fina suelta y fluida es igual de baja porque llena el agujero tan pronto como el material es rescatado. Para controlar la entrada de arena, el agujero se puede mantener lleno de agua. Perforar en formaciones no consolidadas con bloques es bastante difícil porque los bloques no solo desvían el agujero, sino que son difíciles de perforar y evitan que se hunda la cubierta del pozo. En formaciones blandas como piedra arenisca o arcilla arenosa, la tasa de perforación podría ser tan alta como 20 a 30 m por día. El orificio se registra cuidadosamente para determinar la posición de varios tipos de formaciones encontradas.

2. Método de taladrado rotativo:

Método de taladrado rotativo hidráulico:

Este método generalmente se llama método de perforación rotatoria. Este método se puede utilizar con éxito para la formación de roca y no consolidada. Por lo tanto, el método se utiliza para la perforación de pozos de agua y de pozos de petróleo. Los pozos de petróleo generalmente son muy profundos y este método es muy adecuado para ellos porque a diferencia de otros métodos, la velocidad de perforación no depende de la profundidad del agujero.

En este método, la perforación se realiza mediante brocas giratorias unidas a un extremo inferior de una tubería de acero. El tubo de acero está unido a una sección cuadrada de una varilla de acero en la parte superior que se llama Kelly. Kelly encaja en una mesa giratoria en la superficie. La mesa giratoria es girada por el poder. La roca en polvo y los recortes se eliminan mediante la circulación continua del fluido de perforación.

La plataforma de perforación giratoria hidráulica consiste en una torre de perforación o mástil, una mesa giratoria, una bomba para inyectar lodo de perforación, un elevador y un motor. Los tubos de perforación son tubos de acero sin soldadura generalmente disponibles en longitudes de 6 m. El diámetro exterior de las tuberías varía de 6 a 12 cm.

Generalmente se usa el tamaño adecuado de la tubería porque la perforación de pozos requiere una gran cantidad de fluido de perforación en circulación. Las brocas de perforación unidas al extremo inferior de la tubería de perforación están provistas de boquillas cortas para dirigir los chorros de fluido de perforación hacia abajo de las caras de las cuchillas de la broca de perforación. La figura 18.8 muestra un diagrama esquemático del método de taladrado rotativo.

La mesa giratoria en la que encaja el kelly hace girar el taladro. La broca de perforación corta a través de la formación y, a medida que el agujero se profundiza, la barra de perforación se desliza hacia abajo. En esta etapa, el Kelly se desabrocha y se levanta para sujetar una nueva longitud de tubería. El fluido de perforación o la suspensión de bentonita (arcilla) se bombea hacia abajo a través del tubo de perforación y sale por las boquillas de la broca. El lodo luego sube a la superficie a través del espacio anular entre la tubería de perforación y el orificio y elimina los fragmentos de roca y los recortes con él.

El fluido de perforación realiza las siguientes funciones:

(i) Apoya las paredes del orificio y evita la espeleología.

(ii) Elimina los recortes del orificio.

(iii) Controla la entrada de agua subterránea en el pozo mientras se realiza la perforación.

(iv) Enfría la broca y lubrica el vástago del taladro.

(v) Evita que los recortes se asienten en la parte inferior del orificio.

(vi) Suaviza la formación subterránea y acelera la perforación.

Dado que existe la posibilidad de que el lodo de perforación pueda sellar formaciones de rodamientos de agua a baja presión, es necesario controlar la cantidad de lodo en el agua. Una vez que el fluido de perforación sale a la superficie, se toma en un pozo de asentamiento donde se depositan los fragmentos de roca. El fluido limpiado se recircula a través del agujero.

A medida que avanza el aburrido, se realiza el registro detallado de las formaciones subsuperficiales. Después de perforar el pozo a la profundidad requerida, se baja un tubo de pozo con filtro y longitudes ciegas de determinados tamaños. Dado que las paredes del orificio están recubiertas con una mezcla coloidal de bentonita, es necesario lavar las paredes.

Se llama lavado de espalda. Para el lavado a contracorriente, se inserta de nuevo un tubo de perforación con un collar del tamaño del tubo del pozo colocado encima de la broca. La bomba empuja el agua que contiene calgon (hexa-meta-fosfato de sodio) a la tubería de perforación.

El agua se precipita a través de los filtros y el calgón dispersa los coloides de arcilla depositados en las paredes del pozo. Para aumentar la eficiencia del lavado a contracorriente, el tubo de perforación se desplaza hacia arriba y hacia abajo para crear una acción creciente. La tasa de perforación por este método depende del tipo de formación de subsuelo penetrada y del tipo de equipo de plataforma utilizado. Contrariamente al método de la herramienta de cable, la velocidad de taladrado por el método de rotación hidráulica no depende de la profundidad del orificio.

La tasa de perforación en formaciones rocosas consolidadas puede variar de 10 a 15 m por día, mientras que en formaciones no consolidadas puede llegar a 100 a 150 m por día.

Las principales ventajas del método rotativo hidráulico son las siguientes:

(i) La perforación puede continuar continuamente.

(ii) Las tasas de perforación son bastante altas.

(iii) No se requiere tubería de revestimiento. El lodo forma un revestimiento de arcilla en la pared del orificio y evita la espeleología.

(iv) Cuando el orificio no tiene éxito, se puede abandonar de inmediato, ya que no se trata de la extracción de la tubería de revestimiento, etc.

Método de taladrado rotatorio inverso:

Este método se denomina método de rotación inversa porque el flujo del fluido de perforación se invierte en comparación con el método de perforación rotatoria (hidráulica). La plataforma de perforación utilizada para el método de rotación inversa es similar a la utilizada para el taladrado rotativo. Sin embargo, hay dos variaciones. La primera es que la tubería de perforación tiene un diámetro mayor (por ejemplo, 15 cm) y la segunda es que se usa una bomba especial de gran capacidad con rotores de cuchillas abiertas. La bomba permite la descarga de grava grande. El tubo de perforación de gran diámetro permite que piedras grandes de 12 cm de diámetro se levanten a la superficie.

Como fluido de perforación solo se utiliza agua. Se mueve dentro del orificio a través del espacio anular entre el tubo de perforación y las paredes del orificio. El agua recoge los recortes y la bomba aspira la mezcla hacia arriba a través de la tubería de perforación. Debido a la fuerza de succión, el fluido ascendente tiene una gran velocidad y levanta grandes partículas. El diagrama esquemático del método se muestra en la Fig. 18.9.

En la superficie, la mezcla se descarga en un pozo de sedimentación. El agua recoge partículas finas de las formaciones subsuperficiales y no es necesario agregar hentonita o cualquier otro lodo al agua. El nivel del fluido de perforación dentro del espacio anular debe mantenerse hasta la superficie del suelo para evitar que se hunda en el orificio. Con este método es posible perforar pozos de gran diámetro, por ejemplo hasta 150 cm. Este es el método más barato para perforar pozos de gran diámetro en formaciones suaves no consolidadas hechas de arena, limo o arcilla blanda.

Selección del método de perforación:

La elección de un método de perforación particular depende de:

yo. Propósito del pozo;

ii. Cantidad de descarga requerida;

iii. Profundidad de la tabla de agua

iv. Tipo de formación subsuperficial; y

v. Tipo de equipo disponible.

Los pozos poco profundos de pequeño diámetro se pueden perforar en una formación no consolidada mediante un sinfín que se opera manualmente.

Los pozos de pequeña capacidad en formaciones no consolidadas se pueden perforar mediante el método de punto de pozo de inyección automática o el método de perforación con chorro de agua.

Todos los pozos de tubo profundo se construyen mediante perforación. Los métodos rotatorios son generalmente mejores para las investigaciones geológicas, mientras que la herramienta de cable o el método de percusión es superior para el estudio de la calidad del agua.