Presentacin de PowerPoint

METODOS DE PERFORACION EN HIDROGEOLOGIAINTEGRANTESASTO CAPACYACHI, JOSE FLORES LAVADO, HENRYCERNA PALACIOS. ROYPOZOS: DEFINICION Y USOUn pozo para abastecimiento de agua es un hueco profundizado en la tierra para interceptar acuferos o mantos de aguas subterrneas.

PARTES DEL POZOBOCAPARED FONDO LONGITUDPROFUNDIDAD

TIPOS DE POZOPozo excavadoPozo taladradoPozo a chorroPozo clavadoPozo perforado

EFICIENCIALa eficiencia del pozo varia dependiendo de:

De la profundidad por perforarEl dimetro que se pretenda lograrEl tipo de formacinLos requerimientos sanitarios El uso del pozo.

EQUIPOS Y MTODOS DE PERFORACINLos mtodos de perforacin se han desarrollado, principalmente como respuesta a la amplia variedad de condiciones geolgicas en que se emplean (desde rocas duras hasta materiales no consolidados).

METODOS CON SISTEMA POR PERCUSIONPOZOS PUNTAPERCUSION- CHORROPERFORACION POR PERCUSION CON CABLE Y HERRAMIENTAMETODOS CON SISTEMA ROTATORIOBARRENOS MANUALES (HAND AUGER)PERFORACION CON BARRENA TALADRO SOLIDA (SOLID FLIGTH AUGER)PERFORACION CON BARRENA TALADRO HUECA (HOLOW STEM AUGER)PERFORACION CON ROTACION Y AIREPERFORCION ROTARIA CON ADEME A PERCUSIONPERFORACION ROTARIA CON CIRCULACION DIRECTAPERFORACION ROTATORIA CON CIRCULACION INVERSA

MTODOS DE CAPTACIN DE AGUAS SUBTERRNEAS

METODOS CON SISTEMA POR PERCUSIONMtodo antiguo Se basa en la fragilidad de las rocasDesplazada por la perforacin rotatoriaPOZOS PUNTASe introduce en el terreno una punta.Dimetro: 1.25 y 2 pulg.La punta se une con tubera mediante coplas.Dimensiones de tubera: 1.2 a 1.5 mSe aplica por mtodos manuales o maquinasManual 9m Maquinas Martinete de 450kg , > 15m

POZOS PUNTASe cava un agujero inicial de 60 cm.Se perfora hasta la profundidad deseada agregndose tramo de tubera.El golpeteo se hace vertical para evitar el desvi o torcedura de los tubosNo aplicable en limos densos y arcilla y/o aglomeraciones limo arcillosas.

Aplicaciones Monitoreo del nivel del agua en formaciones someras Muestreo de agua, principalmente para control de contaminantes Desage Abastecimiento de agua Bajos costos de aplicacin que estimulan su empleoLimitaciones Alcance limitado en cuanto a la profundidad, aproximadamente 15 m Dimetro reducido de ademe No permite muestrear el suelo El ademe de acero interfiere con algunos anlisis qumicos La falta de detalles estratigrficos provoca incertidumbre respecto a las zonas en donde se debe colocar el cedazo y/o si atraviesa reas contaminadas No funciona al tratar de penetrar materiales duros No presenta espacio anular

Este mtodo emplea 2 fuerzas en combinacinchorro o corriente a alta velocidad de un fluido para cavar un pozoherramienta de corte, mediante un movimiento de ascenso y descenso.

Las herramientas de perforacin del mtodo de percusin y chorro trpano en forma de cincel bomba con capacidad de aproximadamente 500 l/min a una presin de 3.5 a 5 kg/cm2un triple hecho con tubera de hierroun aparejo de polea sencillacable de alta resistencia complementan el equipo.

PERCUSIN - CHORRO (JET PERCUSIN)

Figura: Perforacin por percusin y chorroHasta el presente, su empleo se ha visto limitado a perforar pozos de 7.5 y 10 cm de dimetro hasta profundidades de alrededor de 60 m, sin embargo se han logrado pozos de hasta 300 m de profundidad, pero no en una forma eficiente, por ello, para esta profundidad, se ha visto desplazado por otros mtodos.Aplicaciones Permite la medicin de niveles de agua Recoleccin de muestras en forma de esquirlas Propio para formaciones no consolidadas Puede emplearse en algunas formaciones duras Bueno para barrenos de 4", con ademe de 2" Monitoreo de agua para control ambientalLimitaciones Necesita fluido de perforacin para rescatar los cortes Dimetro limitado a 4" Desarrollo lento en formaciones densas, como arcillas con boleosAlteracin posible en las formaciones, si el pozo no es ademado inmediatamente al presentarse colapsos y por tanto, mezcla de fragmentos de roca.Utiliza el principio de la cada libre de una barrena pesada aplicando golpes contra el fondo de un agujero y penetrando, de esta manera en el suelo. Los cortes se retiran peridicamente por medio de un achicador o bomba de arena. Las herramientas para perforar y desazolvar se llevan en lneas o cables separados enrollados en tambores elevadores independientes

Las herramientas de perforacin del mtodo de percusin con cable

- unidad de fuerza motriz para impulsar el carrete del cable de perforacin y el carrete de la bomba de arena.- un balancn para impartir el movimiento de perforacin a las herramientas, montadas en un bastidor que lleva una gra o mstil de pozo, adecuado para el uso de una lnea de herramientas de perforacinPERFORACIN POR PERCUSIN CON CABLE Y HERRAMIENTA

Figura: Perforacin por percusin con cable y herramientaLa sarta completa de perforacin est constituida por 4 elementos: barrenabarra de pesotijera o percusores de perforacin el portacable giratorio. Aplicaciones Puede usarse en cualquier tipo de formacin. Puede emplearse en la perforacin de cualquier dimetro y profundidad. El equipo es fcil de transportar. El equipo es de diseo sencillo y requiere un mnimo de mantenimiento. Se pueden recuperar muestras a cualquier profundidad, excelente en el muestreo de materiales granulares gruesos. Se puede emplear en lugares con poca agua. Los pozos se construyen con una posibilidad mnima de contaminacin. El perforista mantiene un contacto ntimo con el proceso de perforacin.Las mquinas requieren de un consumo reducido de energa.Generalmente slo se necesita una cuadrilla reducida para operar el equipo. Es de fcil operacin y puede utilizarse en situaciones difciles, en terrenos inaccesibles o en reas de espacio reducido. Se puede operar en cualquier rgimen de temperatura. Los pozos que emplean este mtodo pueden ser verificados en cualquier momento para determinar su avance y verticalidad.

Limitaciones Avance de perforacin relativamente lento comparado con otros mtodos. Falta de rigidez en la sarta de perforacin que provoca poco control de la verticalidad del pozo. Debido a la necesidad de cierta elasticidad en el equipo de perforacin, principalmente en el cable, se presenta una reduccin en el efecto cortante. Cuando se cortan materiales no consolidados, las paredes se colapsan, retrasando el avance de la perforacin, lo que implica un ademado cuyo costo final es elevado. No permite un muestreo de buena calidad en formaciones consolidadas; en las no consolidadas de grano fino, mezcla los horizontes perforados al rescatar la muestra.

MTODOS CON SISTEMA POR ROTACIN

El sistema rotatorio es actualmente el ms utilizado, prcticamente puede decirse que ha desplazado al sistema de percusin. En el transcurso de las ltimas dcadas, como parte del desarrollo de la tecnologa de perforacin dentro de la industria petrolera, se han fabricado mquinas rotatorias de mayor capacidad y eficiencia. Adaptados para su empleo en la construccin de pozos para captacin de agua, con estos equipos se han alcanzado profundidades de 2000 m con dimetros hasta de 76.2 cm (30").

BARRENOS MANUALES (HAND AUGER)El barrenado de los pozos de dimetro pequeo se efecta comnmente con barrenos para tierra accionadas manualmente, aunque en algunas ocasiones se pueden emplear barrenos motorizados para una o dos personas.

Dos tipos comunes de barrenas de mano. Se componen de un vstago con un mango en el extremo y una punta con hojas curvas en la parte inferior. Las hojas son, fijas pero existen barrenas con hojas intercambiables, que se adaptan a dimetros de 3" a 9". Pueden usarse en la instalacin de pozos de monitoreo someros (ms de 5.m de profundidad) con tubera de 5 cm (7) o menos. Usualmente los vstagos se fabrican en secciones de 1.2 a 1.5 m con acoplamiento de fcil sujecin.

Figura 4.6 Barrena espiralFigura 4.5 Barrenos manualesDos tipos comunes de barrenas de mano. Se componen de un vstago con un mango en el extremo y una punta con hojas curvas en la parte inferior. Las hojas son, fijas pero existen barrenas con hojas intercambiables, que se adaptan a dimetros de 3" a 9". Pueden usarse en la instalacin de pozos de monitoreo someros (ms de 5.m de profundidad) con tubera de 5 cm (7) o menos. Usualmente los vstagos se fabrican en secciones de 1.2 a 1.5 m con acoplamiento de fcil sujecin.Aplicaciones Se puede emplear en investigaciones de suelos someros. Para muestreo de suelos. Identificacin de zonas con comportamiento diferente del agua. Instalacin de piezmetros, lismetros y pozos de monitoreo. No presenta restriccin respecto al material de ademe a usarse.Limitaciones Slo se usa para profundidades someras. Incapaz de perforar suelos densos o muy duros. La estabilidad de las paredes del pozo dificultan su mantenimiento. Requieren de una labor manual intensiva.PERFORACIN CON BARRENA TALADRO SLIDA (SOLID FLIGTH AUGER)Las barrenas tipo taladro son usadas en secciones mltiples que manifiestan una continuidad en las ondulaciones laterales.La primera seccin o parte inferior est equipada con una cabeza cortante de aproximadamente 5 cm de largo y con un dimetro similar al de las secciones superiores. Los tramos individuales de barrena tienen una longitud de 1.52 m y se encuentran ensamblados por una variedad de seguros distintos o combinados.

barrenos tipo taladro son usados para la instalacin de pozos de monitoreo emplea dimetros de barrena entre 6" y 14" en su dimensin exterior. la instalacin de pozos de monitoreo en material no consolidado pero estable, pueden alcanzar profundidades de 21 m con dimetros de 35 cm (14") y aproximadamente 45 m con dimetro de 15 cm (6").

Conforme avanza la seccin inferior cortante dentro de la tierra, los fragmentos sueltos del terreno son transportados hacia arriba, por el movimiento de rotacin de las ondulaciones laterales.(Figura 4.7).Figura: Barrena Taladro slidaAplicaciones Investigaciones someras de suelos. Muestreo de suelos predominantemente estables. Instalacin de pozos de monitoreo en la zona vadosa. Instalacin de pozos de monitoreo en la zona saturada en suelos estables. Identificacin de la profundidad del lecho rocoso. Es un mtodo rpido y dinmico.Limitaciones Imposible de aplicar en la instalacin de pozos de monitoreo en la mayora de los acuferos en formaciones no consolidadas, debido a que este procedimiento puede provocar la creacin de cavernas en las paredes del pozo y por tanto, inestabilidad de las mismas. La capacidad de profundizar disminuye conforme se incrementa el dimetro de perforacin. El dimetro de los pozos est limitado por el dimetro de las ondulaciones laterales de la barrena.PERFORACIN CON BARRENA TALADRO HUECA (HOLLOW STEM AUGER)Al igual que el mtodo anterior, el equipo de perforacin por taladrado con tubera hueca usa una barrena acompaada por ondulaciones laterales con una cabeza cortante en su parte inferior, de igual forma gira y aplica presin hacia abajo, gracias a dispositivos mecnico- neumticos ubicados en superficie. Aprovechando la tubera hueca de este tipo de barrena como ademe y de acceso hacia el interior del pozo, es posible perforar por debajo de la zona saturada. Cuando la zona saturada se penetra, la mezcla de material granular fino y agua puede formar un lodo que cubre las paredes del pozo. Esta mezcla de lodo puede sellar las zonas productoras de agua y minimizar su introduccin en el pozo. Este sello es incontrolable e impredecible debido a que depende de 3 circunstancias: El tipo de material (limos y arcillas) que sirve de sello La diferencia de presiones entre las zonas La transmisividad de las zonas

Figura: Barrena Taladro hueca

La perforacin con barrena tipo taladro de tubera hueca, est limitada para usarse sobre materiales no consolidados, sin embargo es posible emplear este mtodo para atravesar lechos rocosos, siempre y cuando al extremo cortante se le adicione un dispositivo con dientes cortantes de mayor resistencia (carburo de tungsteno). Los dimetros de perforacin 16 cm (de dimetro exterior y 8 cm de dimetro interior. Las profundidades que alcanzan oscilan entre 45 m y 55 m en suelos arenosos, arcillas y limosos; se pueden conseguir profundidades mayores, pero el muestreo es casi imposible.

Figura: Barrena CedazoAplicacionesPuede emplearse en todo tipo de suelos.Permite un buen muestreo de suelosMuestreo de la calidad del agua.Para la instalacin de pozos de monitoreo en todas las formaciones no consolidadas.Puede servir como ademe temporal para el muestreo de rocas.Se puede emplear como ademe en formaciones relativamente estables.LimitacionesDificultad para obtencin ntegra de muestras en formaciones densas El agua o fluido de perforacin empleado para controlar la densidad, puede invadir y alterar las formaciones atravesadas.No es posible controlar la contaminacin a travs del espacio anular. La dimensin de ademe se limita al tamao del dimetro interior del equipo de perforacin. La arcilla aglomerada en la tubera puede sellar el acufero que se desea probarEl equipo rotatorio de perforacin, que utiliza aire comprimido como fluido de perforacin, constituye un avance notable en la industria de la perforacin de pozos.En este sistema se hace circular aire a presin por la tubera de perforacin, el cual escapa por las aberturas del trpano, subiendo luego por el espacio anular que rodea a la tubera. El aire que se desplaza a gran velocidad dentro del pozo, arrastra los fragmentos hasta la superficie y expulsa a aquellos que se encuentran atrapados en las fisuras de las rocas.

PERFORACIN CON ROTACIN Y AIRELa Perforacin con Rotacin y Aire slo se puede aplicar a formaciones consolidadas. Las mquinas de perforar rotarias diseadas para este tipo de trabajo, vienen equipadas con un compresor de aire de gran capacidad, adems de una bomba convencional de lodo para utilizar cuando se est perforando dentro de materiales derrumbables que se hallen sobre un basamento rocoso. Cuando se perfora con aire, tambin se pueden utilizar las barrenas tricnicas para roca, similares a las que se emplean en la perforacin con lodo. Se emplean en dimetros de 30 cm (12).

Figura: Martillos de fondo

En la Figura se pueden apreciar los materiales rocosos en los cuales, tanto la barrena tricnica como el martillo, operan ms eficientemente.Figura: Comparacin entre Martillo y Barrena TricnicaAplicaciones Perforacin rpida en formaciones consolidadas y semiconsolidadas. Buena calidad y confiabilidad en la obtencin de muestras. Permite la fcil y rpida identificacin de los cambios litolgicos. Permite la identificacin de las zonas que contienen la mayor cantidad de agua. Permite la estimacin de la produccin de agua en un intervalo de tiempo corto.Limitaciones Requiere de la utilizacin de ademe en la parte superior del pozo. Las muestras que se obtienen por este mtodo, son cortes de dimensiones reducidas que dificultan su interpretacin. El empleo de aire a alta presin puede inhibir la manifestacin de pequeas zonas productoras de agua, as como provocar la penetracin de fragmentos de roca en zonas porosas, provocando contaminacin, modificando adems las condiciones qumicas o biolgicas.

Este mtodo es una adaptacin del mtodo por rotacin y aire comprimido empleando como tcnica adicional, la introduccin en el terreno de un ademe en un movimiento coordinado con la perforacin rotara normal. La tcnica de penetracin del ademe por percusin permite mediante este mtodo la perforacin en formaciones no consolidadas. Mediante el empleo de este mtodo es posible realizar cualquier limpieza del pozo por dentro del ademe, de igual forma, este mtodo impide que se presenten contaminaciones o influencia por parte de los fluidos de perforacin con las formaciones del terreno.

PERFORACIN ROTATORIA CON ADEME A PERCUSINFigura 4.12 Perforacin rotaria con ademe a percusinAplicaciones Perforacin rpida en materiales no consolidados (arena, arcillas y limos) El ademe adems de soportar las paredes del pozo, impide la contaminacin por acuferos someros de mala calidad. Se tiene un buen muestreo de las formaciones perforadas. El dao provocado en las formaciones por el descenso del ademe es mnimo.Limitaciones Las pequeas manifestaciones de agua subterrnea que comnmente tienen espesores delgados y presiones bajas, son inhibidas por el empleo del aire a alta presin, lo cual en muchas ocasiones representa una prdida apreciable. Las muestras obtenidas de las formaciones de subsuelo se encuentran por lo comn pulverizadas, lo cual limita la interpretacin. El empleo del aire a altas presiones puede modificar las condiciones biolgicas y qumicas del terreno.PERFORACIN ROTATORIA CON CIRCULACIN DIRECTA

en este sistema se realiza la perforacin mediante una barrena o trpano giratorio llamado comnmente tricono; desgastadora y trituradora que muele o rompe la formacin mientras que el material cortado y el suelo aflojado son retirados de la formacin mediante una circulacin continua de fluido de lavado. La perforacin rotatoria es particularmente adecuada en formaciones de terreno suelto y roca suave. El fluido igualmente en arcilla, es mezclado en una poza de lodo o tanque y es bombeado a presin elevada a travs de una manguera flexible hasta la parte superior de una columna giratoria de herramientas hasta el fondo del pozo y regresa a la superficie y nuevamente hacia dentro del pozo de lodo.

Figura: Perforacin rotaria con circulacin directaLas funciones fundamentales de los fluidos de perforacin en el mtodo de perforacin rotaria con circulacin directa son: Enfriar y lubricar la barrena de perforacin, as como la tubera y bomba de Iodos. Estabilizar las paredes del pozo Prevenir la entrada de fluidos provenientes de las formaciones perforadas. Minimizar las probabilidades de contaminacin entre mantos acuferos atravesados.En roca dura la lnea de contacto de los dientes provoca que la formacin se derrumbe debido a la sobrecarga ; en roca mas suave se sesgan los rodillo ligeramente; para aadir una accin de torsin y para roca suave se da forma los dientes para que desgarren.

Uno de los mayores inconvenientes que presenta la rotacin con circulacin directa, es la falta de representatividad de las muestras litolgicas que se colectan en boca de pozo (cutting) y que son llevadas en forma ascendente por la inyeccin. A esta falencia se agregan la falta de representatividad en la identificacin de capas acuferas, dado que el pozo est lleno de agua durante la perforacin y, la invasin y dao que puede producir la inyeccin en horizontes productivos.

En la figura se esquematizan los componentes principales y el sentido del flujo en una perforacin rotativa con circulacin directa.ROTACIN CON CIRCULACIN INVERSA

Este sistema est mucho menos empleado que el anterior, pese a que para profundidades someras (menos de 100 m) posee ventajas apreciables respecto a la circulacin directa.En la rotacin con circulacin inversa, el sentido del flujo de la inyeccin es contrario al de la circulacin directa. El cutting asciende por aspiracin y retorna al pozo por gravedad, a travs del espacio anular.La circulacin inversa requiere de barras de mayor dimetro, 3 como mnimo, y de un volumen de agua significativamente mayor en el circuito de inyeccin (al menos 40 m3/h) para permitir la extraccin del material perforado (cutting).

ventajas ms significativas respecto a la circulacin directa son: El muestreo litolgico es mucho ms representativo. Normalmente no requiere el agregado de aditivos a la inyeccin (bentonita, polmeros orgnicos). Permite la construccin de pozos de dimetros mayores (20 a 30)

Equipo de perforacin rotativa con circulacin inversa.Aplicaciones Perforacin rpida en arcillas, limos, arenas y gravas. Permite el muestreo de ncleos de roca consolidada y de materiales no consolidados El equipo de perforacin esta ampliamente disponible en el mercado nacional Existen una gran variedad de herramientas que permiten perforar a varios dimetros y profundidades. El empleo de fluidos de perforacin, permite la creacin de la costra filtrante en las paredes del pozo, misma que es necesaria para los sondeos y registros geofsicos. las paredes del pozo son sostenidas por la presin del fluido de perforacin.Limitaciones Dificultad para remover los fluidos de perforacin cuando se excede el permetro de influencia. Los fluidos de perforacin y sus aditivos influyen en la calidad del agua subterrnea. muestras de dimensiones pequeas que no permiten una buena interpretacin de las formaciones que se han perforado. Los costos de muestreo por un mtodo adicional se incrementan notablemente, sobre todo a partir de profundidades mayores a los 45 m. Es difcil identificar a los horizontes acuferos, la invasin de fluidos de perforacin, principalmente en las zonas permeables, puede contaminarlas y provocar interpretaciones errneas, as como reducir su permeabilidad, de manera irreversible. La transportacin del equipo requiere en algunos casos de vehculos y gras especiales, lo cual complica su empleo en terrenos de difcil acceso o de topografa accidentada.ROTOPERCUSINEste sistema combina los principios de la rotacin y la percusin. El ms utilizado es el que emplea aire como fluido de inyeccin, para lo que requiere de un potente compresor, que tambin acciona un martillo de fondo.

PERFORACION NEUMATICALa perforacin con aire representa una ventaja principal que es obtener pozos limpios.Se emplea barrenas tricnicas o martillos neumticos con barrenas de botones de insertos de carburo de tungsteno.El aire, como cualquier fluido sirve para levantar hasta la superficie los cortes de los matriales atravesados y enfriar la barrena.El martillo neumtico Opera combinando los sistemas de perforacin con el rotatorio; logrndose una gran penetracin en cualquier profundidad, ya que el pistn del martillo transmite directamente la accin percutiva sobre la barrena y no a travs de la sarta de perforacin.

POZO PILOTOEl pozo piloto o de exploracin es una perforacin de dimetro pequeo (4 a 6), que se ejecuta para conocer las caractersticas litolgicas del subsuelo y las propiedades hidrulicas y qumicas de los acuferos, a fin de disear, en el caso de un resultado exitoso, la perforacin definitiva o de captacin.

FLUIDOS Y ADITIVOS DE PERFORACIONEl primer fluido de perforacin registrado fue el agua, que era dirigida a travs de varillas huecas en equipos de perforacin por percusin.Uno de los principios bsicos de la perforacin rotatoria es el uso de un fluido circundante (lodo basado en arcilla o bentonita).FLUIDOS Y ADITIVOS DE PERFORACIONTipos de FluidosBasados en: Agua AirePropiedades de los Fluidosdensidad, viscosidad,consistencia gelatinosa, propiedad filtrante contenido de arena.su punto de cambio ycapacidad lubricante

Aditivos especiales FLUIDOS Y ADITIVOS DE PERFORACIONFunciones de los FluidosRemover las esquirlas del fondo del pozoProteger y estabilizar las paredes del pozoEnfriar y limpiar la barrena de perforacinSellar las paredes del pozoMantener los cortes y fragmentos de la formacin en suspensinFacilitar la obtencin de informacin del subsuelo.Aditivos de Perforacinarcilla (bentonita de alta calidad)polmeros orgnicosagua (brisa)surfactante % agua (aire-espuma) Surfactante coloides-agua (espuma rgida)