Métodos de perforación con sistema por rotación

Este sistema era conocido desde el tiempo de los egipcios que lo aplicaban en la perforación de rocas duras y para hacer los agujeros de poca profundidad en las rocas de las pirámides. Como parte de la industria petrolera, se han fabricado maquinas rotatorias de mayor capacidad y eficiencia las cuales se han adaptado a la construcción de pozos y han alcanzado profundidades de 2000 m con diámetros hasta de 76.2 cm. Es actualmente el más utilizado, desplazando al sistema de percusión. Los ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA PERFORACIÓN POR ROTACIÓN DE UN POZO son: Columna o sarta de perforación. La máquina perforadora que, desde la superficie del terreno, proporciona a la sarta el movimiento de giro y avance que se transmite al útil de corte. El fluido de perforación, que en general es un lodo formado por bentonitas a las que se han añadido ciertos aditivos para adecuar sus características a las necesidad de perforación para pozos.

MÉTODOS DE PERFORACIÓN CON SISTEMA POR ROTACIÓN. Perforación con barrenos manuales. Perforación barrena-taladro sólida. Perforación barrena-taladro hueca. Perforación con rotación y aire. Perforación rotatoria con ademe a percusión. Perforación rotatoria con circulación directa. Perforación con doble tubería y circulación inversa.

Barrenos manuales Se emplea para barrenar pozos de diámetro pequeño y de monitoreo someros (- de 5mts) . Se componen de un vástago con un mango en el extremo y una punta en hojas curvas en la parte inferior. La perforación se inicia empujando las hojas para hincarlas en el suelo con un movimiento de rotación hasta que la punta se llena de material , se saca, se vacía y vuelve a usarse. En formaciones de arcilla, arena y limo sin hundimientos puede alcanzar hasta 15 m. De profundidad.

Cuando el barrenado cruza rocas grandes o guijarros, en lugar de la barrena normal, se emplea una barrena en espiral.

APLICACIONES. Se puede emplear en investigaciones de suelos someros APLICACIONES * Se puede emplear en investigaciones de suelos someros. * Para muestreo de suelo. * Identificación de zonas con comportamiento diferente del agua. * Instalación de piezómetros, lisímetros y pozos de monitoreo. * No presenta restricción respecto al material de ademe a usarse.

Limitaciones. Solo se usa para profundidades someras Limitaciones * Solo 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.

Perforación con barrena-taladro sólida Perforación con barrena-taladro sólida. La parte inferior está equipada con una cabeza cortante de aproximadamente 5cm de largo y con un diámetro similar al de las secciones superiores, en su avance, los fragmentos sueltos del terreno son transportados hacia arriba por el movimiento de rotación de las ondulaciones laterales que giran en sentido contrario a las manecillas del reloj.

El impulso es proporcionado por un empuje hidráulico o por algún otro dispositivo. Puede alcanzar profundidades de 21 m. con diámetros de 35 cm. Y aproximadamente 45 m. con diámetros de 15 cm.

APLICACIONES. Investigaciones someras de suelos. Muestreo de suelos APLICACIONES * Investigaciones someras de suelos. * Muestreo de suelos. * Instalación de pozos de monitoreo en la zona vadosa. * Instalación de pozos de monitoreo en la zona saturada en suelos estables. * Identificación de la profundidad del lecho rocoso. * Es un método rápido y dinámico.

Limitaciones * Muestreo de suelos de suelos inaceptable, a menos que se emplee cuchara o tubos de muestreo. * Los datos proporcionados por una muestra de suelo se encuentran restringidos a áreas y profundidades en donde el suelo sea predominantemente estable. * Imposible de aplicar en la instalación de pozos de monitoreo en la mayoría de los acuíferos en formaciones no consolidadas, debido a que este procedimiento puede provocar la creación de cavernas en las paredes del pozo y por tanto, inestabilidad de las mismas. * La capacidad de profundizar disminuye conforme se incrementa el diámetro de perforación. * El diámetro de los pozos esta limitado por el diámetro de las ondulaciones laterales de la barrena.

Perforación con barrena-taladro hueca Perforación con barrena-taladro hueca. Este método funciona igual que el anterior a diferencia que este presenta un centro hueco, la cual actúa como ademe y estabiliza al mismo tiempo el pozo, a través del centro se pueden introducir sartas de perforación de diámetros pequeños y equipos muestreadores. El interior puede limpiarse desde afuera del pozo.

Es posible penetrar hasta la zona saturada, por lo que la muestra de material fino y agua puede formar un lodo que cubre las paredes del pozo, esta mezcla sella las zonas productoras de agua y minimiza su introducción en el pozo, este sello es incontrolable ya que depende de 3 aspectos: * El tipo de material (limos y arcillas que sirven de sello). * La diferencia de presiones entre las zonas. * La transmisividad de las zonas. Cuando se atraviesa por una zona contaminada este lodo impide detectarla y/o prevenirla, otra forma de contaminación son las uniones de las barrenas lo que se minimiza colocando sellos de goma.

Los diámetros mayores que se alcanzan con este método son de 16 cm de diámetro exterior y 8 de interior. Las profundidades oscilan entre 45 y 55 m en suelos arenosos, arcillosos y limosos y si se alcanzan mayores profundidades el muestreo es casi imposible. Existen equipos con diámetro exterior de 30 cm e interior de 15 pero no rebasa los 23 m de profundidad.

APLICACIONES. Puede emplearse en todo tipo de suelos APLICACIONES * Puede emplearse en todo tipo de suelos. * Permite un buen muestreo suelos empleando de suelos empleando cuchara o muestreador de pared delgada. * Muestreo de la calidad de agua. * Para la instalación 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.

Limitaciones * Dificultad para la preservación y obtención íntegra de muestras en formaciones densas. * El agua o fluido de perforación empleado para controlar la densidad, puede invadir y alterar las formaciones atravesadas. * No es posible controlar la contaminación a través del espacio anular. * La dimensión de ademe se limita al tamaño del diámetro interior del equipo de perforación. * La arcilla aglomerada en la tubería puede sellar el acuífero que se desea probar.

Perforación con rotación y aire Perforación con rotación y aire. Este sistema sustituye el lodo como fluido de perforación por aire comprimido que arrastra y transporta los residuos de la perforación. Consta de un compresor de aire que se inyecta a presión a través del varillaje hasta la herramienta de corte. además cuenta con una bomba de lodos lo que permite sustituir o alternar en función del tipo de terreno que se va a perforar Al principio de su aplicación se consiguió duplicar e incluso triplicar la velocidad de avance de los sistemas convencionales de lodos y alargar la vida de las herramientas de corte, resultando especialmente útil para trabajar en zonas áridas o semiáridas con dificultad de abastecimiento de agua para elaborar los lodos.

APLICACIONES * Perforación rápida en materiales no consolidados tales como arena, arcillas y limos. * Aplicable en la perforación de material aluvial, incluyendo formaciones guijarrosas. * El ademe además de soportar las paredes del pozo, impide la contaminación por acuíferos someros de mala calidad. * Mediante este método los problemas por pérdida de circulación de los fluidos de perforación quedan eliminados. * Se tiene un buen muestreo de las formaciones perforadas. * El daño provocado en las formaciones por el descenso del ademe es mínimo.

LIMITACIONES * Las pequeñas manifestaciones de agua subterranea que comúnmente tienen espesores delgados y presiones bajas son inhibidas por el empleo de del aire a alta presión, por ello es común que no sean identificadas y su volumen no pueda ser aprovechado, lo cual en muchas ocasiones representa una perdida apreciable. * Las muestras obtenidas de las formaciones de subsuelo se encuentran por lo común pulverizadas, lo cual limita la interpretación. * El empleo de aire a altas presiones puede modificar las condiciones biológicas y químicas del terreno.

Perforación rotatoria con circulación directa. EN ESTE SISTEMA EL FLUÍDO DE PERFORACIÓN ES UN LODO COMPUESTO POR BENTONITA Y AGUA, EL CUAL SE PREPARA EN LA SUPERFICIE Y ES BOMBEADO POR EL INTERIOR DE LA TUBERÍA HASTA LLEGAR A LA BROCA TRICÓNICA. AL LLEGAR A ESTA, RETORNA A LA SUPERFICIE ARRASTRANDO MATERIAL TRITURADO O CORTADO. ESTE MÉTODO ES SIMILAR AL QUE UTILIZA LA INDUSTRIA PETROLERA.

Perforación rotatoria con circulación indirecta. SISTEMA EN EL QUE EL FLUÍDO DE PERFORACIÓN ES AGUA, LA CUAL ENTRA AL POZO POR GRAVEDAD HASTA LA BROCA DE ALETA Y SUBE CON EL MATERIAL POR DENTRO DE LA TUBERÍA EN SENTIDO INVERSO AL OTRO SISTEMA; DE ALLÍ SU NOMBRE. CUANDO EL TERRENO LO PERMITE SE CONVIERTE EN EL MEJOR MÉTODO PARA NO AFECTAR LA PERMEABILIDAD ALREDEDOR DEL POZO POR NO UTILIZAR LODO.

APLICACIONES * Perforación rápida en formaciones consolidadas y no consolidadas. * Buena calidad y confiabilidad en la obtención de muestras, particularmente si se añaden pequeñas cantidades de agua y surfactante. * Permite la facil y rapida identificación de los cambio litológicos. * Permite la facil identificación de las zonas que contienen mayor cantidad de agua. * Permite la estimación sobre la producción de agua en un intervalo de tiempo corto.

LIMITACIONES * Requiere de la utilización de ademe en la parte superior del pozo. Su empleo se restringe a formaciones consolidadas y semiconsolidadas. * Las muestras que se obtienen por este método, son cortes de dimensiones reducidas que dificultan su interpretación. * El empleo de aire a alta presión puede inhibir la manifestación de pequeñas zonas productoras de agua, así como provocar la penetración de fragmentos de roca en zonas porosas, provocando contaminación, modificando además las condiciones químicas o biológicas.

Perforación Rotatoria con ademe a percusión Es una adaptación del método por rotación y aire comprimido, con la técnica adicional de introducir en el terreno un ademe en un movimiento coordinado con la perforación. El mecanismo que introduce el ademe se encuentra instalado en una torre o mastil. Se emplean dos tipos de barrenas: de arrastre y de rodetes dentados.

APLICACIONES * Perforación rápida en arcillas y limos compactados así como en arenas y gravas. * Permite el muestreo de núcleos de roca consolidada mediante el empleo del dispositivo adecuado. * Permite el muestreo de materiales no consolidados empleando cucharas y mustreadores de pared delgada. * El equipo de perforación está ampliamente disponible en el mercado nacional. * Existen una gran variedad de herramientas que permiten perforar a varios diametros y profundidades.

APLICACIONES * Se pueden implementar desde los más simples programas de perforación y de fluidos de perforación, hasta los más sofisticados. * El empleo de fluidos de perforación, permite la creación de la costra filtrante en las paredes del pozo, misma que es necesaria para los sondeos y registros geofísicos. * No es necesario introducir ademe para sostener las paredes del pozo, dado que estas son sostenidas por la presión del fluido de perforación.

LIMITACIONES * Dificultad para remover los fluidos de perforación y la costra filtrante durante el desarrollo del pozo, cuando se excede el perímetro de influencia. * Los fluidos de perforación y sus aditivos influyen en la calidad del agua subterranea. * Las muestras que se obtienen son cortes de dimensiones pequeñas que no permiten una buena interpretación de las formaciones que se han explorado.

LIMITACIONES * Los costos de muestreo por un método adicional se incrementan notablemente, sobretodo a partir de prof. Mayores a 45 m. es difícil identificar a los horizontes acuíferos .la invasión de fluidos de perforación, principalmente en las zonas permeables, pueden estar contaminadas y provocar interpretaciones erróneas, asi como reducir su permeabilidad , de manera irreversible. * La transportación del equipo requiere en algunos casos de vehículos y grúas especiales, lo cual complica su empleo en terrenos de difícil acceso o de topografías accidentadas.

Perforación con doble tubería y circulación inversa En este sistema la circulación del fluido de inicia al ser bombeado al interior del pozo a través del espacio abierto localizado, entre la tubería exterior, que actúa como ademe, regresando a la superficie del terreno por dentro de esta última, el fluido puede ser agua o aire. La tubería interior gira junto con la barrena, la exterior cumple las funciones de estabilizar las paredes del pozo, Minimiza la contaminación de los cortes al pasar al pasar por las zonas perforadas, Evita la contaminación entre acuíferos perforados en niveles someros, si es que existen.

APLICACIONES * Permite la rápida perforación de formaciones consolidadas y no consolidas. * Permite el muestreo continuo en todo tipo de formaciones. * Muestras representativas con una mínima probabilidad de contaminación. Lo mismo sucede con el muestreo de agua. En formaciones estables, los pozos perforados con diámetros de hasta 6” pueden ser instalados a pozo abierto.

LIMITACIONES. El diámetro de perforación es reducido LIMITACIONES * El diámetro de perforación es reducido. * En formaciones inestables el diámetro de perforación máximo es de 4” . * El empleo de aire como fluido de perforación puede modificar las condiciones tanto biológicas como químicas de las formaciones atravesadas, siendo de difícil recuperación.