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TÍTULO: Perforaciones para riego
AUTOR: Santiago Tovar
INTRODUCCIÓN_____________________________________________ 1
PERFORACIÓN POR PERCUSIÓN _____________________________ 2
Maquinaria __________________________________________________________ 2
Método de Perforación_________________________________________________ 3
PERFORACIÓN POR ROTACIÓN ______________________________ 4
Elementos de la perforadora a rotación ___________________________________ 5
Método y técnica ______________________________________________________ 5
ENTUBACIONES ____________________________________________ 6
FILTROS____________________________________________________ 7
Nuevas técnicas de perforación en materiales rocosos ________________ 7
Perforación mediante tensiones inducidas mecánicamente. ___________________ 7
Perforación mediante tensiones inducidas térmicamente. ____________________ 8
Perforación mediante fusión y vaporización. _______________________________ 8
PERFORACIONES PARA RIEGO_______________________________ 8
Bibliografía __________________________________________________ 9
INTRODUCCIÓN
Dos adelantos tecnológicos fundamentales han revolucionado en los últimos
treinta años las técnicas de ejecución para pozos de captación de aguas subterráneas:
a) La aparición de la sonda mecánica, capaz de perforar económica y rápidamente el
subsuelo hasta grandes profundidades, aunque con diámetros relativamente
reducidos (30, 50, 80 cm).
b) El desarrollo de la bomba centrífuga vertical sumergida, de pequeño diámetro,
capaz de extraer agua de los pozos perforados mecánicamente.
Desde tiempos inmemoriales y antes de la introducción de estas nuevas
técnicas, era obligado excavar los pozos a mano. Este hecho obligaba a darle a su
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sección las necesarias dimensiones (no menos de 1,5 m de diámetro) y, en general a
disponer un sistema de entibación (casi siempre de madera –sección rectangular- o de
ladrillo –sección circular). Existen peligros de socavones laterales y derrumbamiento de
la entibación, peligros serios para los poceros si se llega a atacar un manto artesiano
que puede proyectarlos hacia arriba e incluso llenar el pozo con arenas de los mantos
inferiores.
Todos estos métodos de construcción de pozos a mano, salvo en casos
excepcionales, están prácticamente extinguidos.
A continuación veremos los métodos más utilizados para la perforación de
pozos.
PERFORACIÓN POR PERCUSIÓN
El sistema de perforación mecánica por percusión, uno de los más antiguos
utilizados, ha recibido en los últimos tiempos aportaciones tecnológicas, con la creación
de las modernas y potentes sondas actuales, que hacen de él uno de los sistemas más
utilizados actualmente en la ejecución de pozos para la captación de aguas
subterráneas.
El concepto básico de la perforación por percusión es el de un elemento metálico
que golpea y deshace la formación: pico o trépano, y un elemento que recoge el
terreno triturado: pala o cuchara de válvula.
Con las nuevas y potentes sondas de percusión los rendimientos son
espectaculares. La facilidad de manejo del caber en relación con el del varillaje en la
perforación por rotación es una gran ventaja, otra ventaja es la de no necesitar este
sistema lodos o mezclas tixotrópicas siempre nocivas al libre paso del agua por los
acuíferos.
Maquinaria
Las funciones que tienen que cumplir la máquina son:
1º. Percusión. Se consigue por la repetición del ciclo de elevación y subsiguiente
caída libre de una sarta de herramientas compuesta de distinta forma.
2º. Extracción de detritus o limpieza de sondeo. Se hace con la cuchara de
válvula y es preciso un mecanismo que permita, de forma rápida, su descenso al fondo
del sondeo y su elevación a la superficie.
3º. Manejo de tubería y herramientas. Se emplea para ello un aparejo de más o
menos guarnes, según la importancia de los pesos que haya que manejar.
La máquina de perforar a percusión costa de dos partes principales: armazón
con mecanismo y mástil.
El armazón, que primitivamente fue de madera, está formado de diversos
perfiles unidos por soldadura o tornillos. Su forma es variable de unas marcas a otras y
también la disposición de los distintos mecanismos. En el extremo contrario al mástil va
el motor, que puede ser de explosión o de combustión generalmente son motores
diesel, su potencia depende del tamaño de la máquina que depende de las
profundidades y diámetros que se hayan de perforar con ella.
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Herramientas
La sarta de herramientas está formada
por:
a)
Trépano. Es la herramienta de
perforar propiamente dicha y, por tanto, la más
importante de todas. Las
funciones más
importantes que cumple el trépano son: penetrar,
triturar, escariar y mezclar. El carácter de la
formación que se perfora determina cuál de estas misiones es más importantes así por
ejemplo en terrenos calizos duros la misión más importante es penetrar en terrenos
blandos sería mezclar.
b)
Barrón. Es una barra cilíndrica de acero forjado que lleva en su parte
inferior una rosca hembra para recibir la rosca macho del trépano, y en su parte
superior una rosca macho que conecta con la tijera o montera en su caso. La misión
del barrón es proveer a la sarta de herramientas con el peso necesario para la
perforación y también como guía para el movimiento alternativo de la sarta.
c)
Tijera o destrabador. No es una herramienta imprescindible, va encima del
barrón. Formada por dos eslabones que permiten un cierto juego longitudinal del orden
de 10 a 20 cm. Se utiliza para desatrancar la herramienta cuando ésta queda atascada
en la perforación.
d)
Montera. Remata la sarta de herramientas y sirve para hacer la unión con
el cable. El cable se une a un bulón cilíndrico alojado en el interior de la montera,
permitiendo así el giro de la sarta de herramientas alrededor de su eje longitudinal, con
lo que se consigue que la perforación sea cilíndrica y no aplastada.
Tubería
Para la entubación de sondeos se usan tuberías de muy diversos tipos y
calidades. En España la más usada es tubería de chapa soldada, tiene la ventaja de su
precio y, además, el tener el exterior liso la hace más fácilmente hincable cuando eso
es necesario.
Método de Perforación
* Comienzo de la perforación.
Si al comienzo el terreno es blando conviene cavar con pala un agujero inicial de
un metro de profundidad, se llena el agujero de agua y se comienza la perforación. Si el
terreno es duro conviene colocar un trozo de tubo como guía.
Al comenzar la perforación debe llevarse la percusión a una velocidad pequeña
hasta que se hayan obtenido un par de metros de perforación, y entonces se puede
aumentar la velocidad.
Empleo de la válvula
Con la válvula no se perfora ningún sondeo, no obstante, es un elemento
necesario y pocos sondeos pueden perforarse sin su uso. No se debe parar la
perforación hasta que la válvula esté lista para funcionar.
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Tres o cuatro minutos antes de parar el movimiento de perforación, se vierte un
cubo de agua para aclarar el lodo y, de esta manera, la válvula se hundirá hasta el
fondo y recogerá una carga completa. Tres viajes de la válvula limpian el pozo.
* Cantidad de agua
La cantidad de agua usada, la cantidad de agua vertida en el pozo y el periodo
de tiempo entre cada vez que se echa el agua, tienen bastante efecto sobre los metros
perforados en cada turno. Se debe vigilar el movimiento de las herramientas
perforadoras, y cuando se observe algún arrastre o lentitud de las herramientas, hay
que echar agua. Se añade agua en pequeñas cantidades cuando el lodo está bajo en
el pozo y, a medida que este se profundiza y se produce más lodo, se aumenta la
cantidad de agua vertida. El buen empleo del agua depende de la destreza del
operador.
* Toma de muestras
Con la válvula, manejada convenientemente, se pueden tomar muestras
representativas del terreno que se está perforando. Para conseguir que la muestra sea
del terreno que se está perforando, sin mezcla de los terrenos superiores, y sobre todo
en zonas de arena y grava, se debe hacer bajar la tubería hasta el fondo de la
perforación y se usa el trépano para mezclar completamente el material que hay por
debajo de la zapata de la tubería. Durante ese proceso de mezcla, las partes más finas
ocupan la parte superior y las gruesas la inferior, no hay que limitarse a tomar una
“cucharada”, sino varias y mezclarlas, cuarteando después las veces que sea
necesario.
* Perforación en roca
Se usa siempre la carrera más corta de golpeo y es conveniente usar la tijera, no
porque con ello se consiga mayor efecto, sino por razones de seguridad, pues se
pueden encontrar zonas que se desprendan o fisuras que hacen que la herramienta se
acuñe. Las principales dificultades que se suelen encontrar al perforar roca son las
cavernas y los estratos inclinados.
Perforación en formaciones no consolidadas
El trabajo suele ser principalmente de mezcla. Es necesario ir entubando
mientras se perfora. Las presiones laterales retienen la tubería y es necesario golpearla
para que avance. Nunca se deben usar las tijeras cuando se
está entubando.
PERFORACIÓN POR ROTACIÓN
Teniendo en cuenta el considerable valor del agua en
regiones xerolíticas, cuyos recursos hídricos superficiales son
muy escasos, se comprende que a veces haya que recurrir a
captaciones de agua que sobrepasen los 500 m de
profundidad sin que por ello dejen de ser rentables. La
perforadora a rotación puede alcanzar profundidades de
600/700 m.
La perforación de una roca por el sistema de rotación consiste en desgastar la
mencionada roca por medio de un efecto de abrasión y cincelado, que proporciona una
broca susceptible de introducirse en profundidad y animada de un movimiento rotatorio.
La roca que se va fraccionando “detritus de perforación”, se extrae a la superficie por
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medio de un fluido sometido a presión hidráulica que desciende por una tubería y sale
por la broca, para limpiar los detritus ascendiéndolos por el espacio anular entre la
mencionada tubería y el terreno.
Elementos de la perforadora a rotación
Los elementos que componen la perforadora a rotación son:
- Elementos de perforación. Son las herramientas que juegan un papel decisivo
en la perforación de las rocas:
a) Brocas. Existen numerosos tipos de brocas, pero las que modernamente se
usan hoy son las de rodillos (para rocas de mediana dureza o duras) y las llamadas
“colas de pez” utilizadas para perforar rocas plásticas.
b)Mesa de Rotación. Tiene por misión este conjunto prestar un movimiento de
rotación a la tubería que lleva en su extremo inferior la broca.
- Elementos de suspensión. Son aquellos elementos que sirven para la
extracción e introducción de las herramientas de perforar, así como para suspender las
mismas en periodo de perforación.
a)Cabrestante. Se utiliza para arrollar el cable de acero que suspende toda la
tubería de perforación.
b) Torre. Las torres son telescópicas y se abaten para su transporte sobre el
cuerpo de la perforadora, su altura oscila entre los 15 ó 20 metros.
c) Cables. El cable es un elemento esencial del sistema de suspensión, ya que
por su continuo trabajo se expone a roturas que acarrean serios inconvenientes. Todos
los cables de la perforadora a rotación deben ser preformados ya que éstos tienen
mayor duración, mayor resistencia a vibraciones, poca tendencia a girar sobre sí
mismos y no saltan al romperse.
d) Estructuras de los cordones. El tipo de cable usado en la perforación es aquel
en que los cordones están formados por alambres de diversos diámetros. Hay tres
tipos de estructura de cordones: “Seale”, “Warrington” y “Fille-Wire”.
- Elementos mixtos de perforación y suspensión. Todos estos elementos
componen la columna de perforación cuyas misiones a cumplir son sostener y hacer
girar la broca, conducir el fluido de perforación para extraer el detritus y lubrificar la
broca, imprimir peso a la broca, bajar y subir la broca.
a) Barras de carga. Su uso está condicionado a proporcionar peso sobre la
broca, además de mantener el pozo vertical. Desde el punto de vista de rendimiento
efectivo de una perforación, las barras es una de las partes de la columna de
perforación que iguala en importancia a la broca.
b) Varillaje. Para que una perforación sea vertical es imprescindible mantener
tensas las varillas de perforación.
c) Barra conductora. Desempeña las funciones de suspender el varillaje, hacer
que éste gire y conducir al fluido de perforación.
d) Cabeza de inyección y sustentación. Suspende la columna de perforación,
permite la rotación libre de la columna de perforación y proporciona la conexión de la
manguera de lodos.
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Método y técnica
La técnica y el equipo más adecuado para un determinado pozo, no serán
necesariamente los más modernos, sino los que mejor se adapten a la labor que han
de realizar. El estudio que plantea una perforación a rotación de acuerdo con las
diversas litologías a atravesar, realizado por un experto titulado, así como la maestría e
intuición del capataz de la perforadora, serán elementos de básica importancia.
Después les seguiría la calidad de los materiales que se empleen en la terminación del
sondeo (tuberías, filtros, cementaciones, etc.). La perforadora ocupa el tercer lugar en
orden a las razones que determinan el rendimiento práctico de un sondeo.
Si los pozos se sitúan en zonas donde no hay perforaciones próximas, se
desconoce el funcionamiento hidráulico de los probables acuíferos en cuanto a sus
variables de caudal, nivel y calidad, se hace necesario efectuar un trabajo de
reconocimiento hidrogeológico previo.
En un pozo de investigación se extraerán testigos cuando cambie de horizonte
estratigráfico sea propicio para actuar como un acuífero, cosa que se observa por la
disminución de presión de la bomba, encontrarse el nuevo estrato bajo un potente
lecho impermeable, etc.
Cada vez que se atraviesa un posible acuífero, se debe descender la tubería de
20 cm, hasta el techo del mismo. En su parte inferior debe llevar una corona cónica
para el cierre estanco en el acuífero y aislar así el fluido de perforación. Se harían las
pruebas de aforo necesarias para determinar las constantes del alumbramiento:
depresión y recuperación de niveles, transmisibilidad y análisis químico para comprobar
la calidad del agua.
Si un pozo está situado en una cuenca hidrográfica muy conocida, se puede
perforar a diámetro de producción directamente, pero casi siempre se realiza
ensanchando la perforación piloto de investigación.
cementaciones
Para la conservación de los pozos y acuíferos, debe ser requisito imprescindible
efectuar siempre una entubación y cimentación primaria, se realizará en los primeros
metros de perforación del pozo de producción. La necesidad de llevar a cabo las
cementaciones primarias surge de los siguientes hechos:
- Aislar el agua freática de la captada en el acuífero profundo, evitando
contaminaciones químicas, bacteriológicas a veces, así como el trasvase de caudales
y, por tanto, fluctuaciones de nivel.
- Evitar la corrosión electrolítica y conservar mejor el primer tramo del pozo de
producción.
La cementación se debe efectuar mediante inyección a presión de abajo hacia
arriba, para desalojar los fluidos de perforación, tapando mediante un obturador la
perforación de investigación.
ENTUBACIONES
El trabajo fundamental de la tubería para el revestimiento de un pozo es exterior.
Tendrá que soportar las presiones laterales de los terrenos, desplomes, etc.,
produciendo en las tuberías un efecto de cizalladura. También la presión hidráulica de
acuíferos superficiales que pueden gravitar entre terrenos y tuberías es causa a veces
del aplastamiento o abolladura de los entubados.
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FILTROS
Hasta hace poco no se ha dado la
importancia que merece a la selección de filtros o
rejillas adecuados, como elementos de paso del
agua desde la formación permeable hasta el
interior del pozo. Las finalidades que ha de cumplir
un filtro son:
- Servir de elemento de separación entre el
terreno circundante y el interior del pozo, de modo
que sólo una parte de ese terreno pueda atravesarlo, siendo la restante soportada por
el filtro.
- Por tanto, tener la resistencia mecánica suficiente para que el filtro no sea
“aplastado” por el terreno, en cualquier régimen de explotación del pozo.
- Ofrecer al paso del agua la mayor superficie libre de penetración.
- Estar constituido de un material que, cumpliendo con todos los requisitos
anteriores, sea resistente a las acciones corrosivas del agua y del suelo, y
tienda a dificultar la formación de incrustaciones.
Nuevas técnicas de perforación en materiales rocosos
Perforación mediante tensiones inducidas mecánicamente.
- Perforadoras de turbina: se utiliza una turbina de
acción simple que hace girar a una rueda cortante con caras
de diamante a una velocidad de 5000 a 10000 revoluciones por
minuto en el fondo de la perforación.
- Perforadoras de perdigones: utiliza pequeñas bolas de
acero que golpean y rompen la formación.
- Perforadoras de implosión: este sistema produce
implosiones bombeando cápsulas esféricas herméticamente cerradas al fondo de la
perforación y rompiéndolas contra la roca mediante impacto u otros sistemas.
- Perforadora de chispas: la producción de chispas de alto voltaje produce
pulsaciones de alta presión capaces de romper y perforar las
rocas.
- Perforadoras electrohidráulicas: las pulsaciones de
alta presión producidas por la descarga de chispas
subacuáticas pueden también utilizarse para la fracturación
efectiva de las rocas.
- Perforadoras con explosivos: consiste en dejar caer
cápsulas explosivas en el sondeo a razón de 3 a 12 por
minuto.
- Perforadoras por erosión: chorros de agua a presión muy alta pueden perforar
las rocas más duras sin utilizar abrasivos en el chorro.
-Perforadoras ultrasónicas: las perforadoras ultrasónicas utilizan núcleos
magneto-estrictivos o electro-estrictivos que emiten vibraciones para perforar la
roca.
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Perforación mediante tensiones inducidas térmicamente.
- Perforadoras de dardo: este sistema utiliza una llama de oxígeno y fuel-oil que
calienta y quebranta la roca.
- Perforadoras de llama dirigida: similar al anterior excepto que se usa ácido
nítrico en vez de oxígeno.
- Perforadoras de ciclo térmico: rompe la roca calentándola y enfriándola
cíclicamente.
- Perforadoras micro-ondas: las rocas se calientan y pueden quebrantarse
mediante la aplicación de micro-ondas.
Perforación mediante fusión y vaporización.
- Perforadoras de fusión eléctrica: se utiliza una resistencia de alambre de
tungsteno o iridio para calentar la punta del trépano.
- Perforadoras nucleares: los reactores nucleares producen temperaturas
capaces de fundir la roca.
- Perforadoras de plasma: los generadores de plasma producen llamas ionizadas
con temperaturas del orden de 20000 ºC.
- Perforadoras láser:
- Perforación química: utilizan flúor y otros reactivos químicos que producen
reacciones de alta velocidad para destruir la roca.
Perforaciones para riego
El rendimiento de un pozo para riego suplementario debe proveer el agua
necesaria para regar en los períodos en que no llueve
asegurando el buen desarrollo de los cultivos.
En promedio, para superficies de 50 hectáreas
de cultivos extensivos como maíz, trigo y soja, se
requiere un pozo que rinda 120 mil litros por hora.
El diseño de la perforación es una etapa
importante del estudio previo a la instalación de un
pozo para riego y es el resultado de un estudio
completo de captación de agua subterránea. En el
diseño se determinan las longitudes, los diámetros, el
espesor más conveniente de caños, filtros, abertura de
ranura, ubicación, engrabado, tipo de material a
emplear, etc.
La realización de la perforación debe incluir el encamisado, esto es, una
armazón artificial compuesta por camisa, filtro y grava, para contrarrestar la
desestabilización de los terrenos y permitir el ingreso de agua al pozo libre de
partículas.
El encamisado reduce también la posibilidad de contaminación de las capas
profundas por el movimiento del agua en las primeras capas, las que suelen contener
residuos de pesticidas y fertilizantes.
Los pozos encamisados y con filtros tienen un costo aparentemente más
elevado que los pozos abiertos, pero construyéndolos se evitan riesgos de derrumbes,
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desgastes prematuros de las bombas y de los equipos regadores. Más aún, se evita la
posibilidad de inhabilitar el pozo por contaminación de la fuente de agua.
Bibliografía
• “Captación de aguas subterráneas”. Alberto Benítez. Dossat.
• “Aguas subterráneas”. Andrés Vicente Murcia. Ministerio de Agricultura.
• “www.persond.com”
• “www.perforacionesparariego.com”
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