perforación y diseño de pozos tubulares (ingº agrícola)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERA GEOLGICA PERFORACIN Y DISEO DE POZOS TUBULARES

Ing D. Samuel Barriales Gamarra

PERFORACION DE POZOSGeneralidades

1. 2. 3. 4.

Muchas personas se preguntan, cual es el mejor mtodo para perforar un pozo? No existe una respuesta nica a esta pregunta. pregunta. Cada mtodo tiene sus ventajas en lo que respecta a: Facilidad de construccin, Factores de costo, Carcter de las formaciones que han de atravesarse, Dimetro y profundidad del pozo, proteccin sanitaria y uso que se le vaya a dar. dar.

PERFORACION DE POZOSGeneralidades

Los mtodos para perforar y acabar pozos son tan numerosos, que en este caso slo podemos describir sus principios fundamentales y algunas de sus aplicaciones. aplicaciones. En cada caso, sin embargo, los principios bsicos brindan una idea de los lmites prcticos de utilizacin de cada uno de los diversos mtodos. mtodos.

PERFORACION DE POZOSGeneralidades

Las condiciones geolgicas imponen dos tipos generales de construccin. construccin. 1. Un pozo que penetre hasta un acufero de roca consolidada consiste bsicamente de una porcin ademada, que se extiende a travs de los materiales sueltos sobreyacientes, y de un agujero abierto en la roca inferior (sin ademe). ademe). 2. Un pozo que intercepte un acufero de arena debe necesariamente dotarse de un ademe en el intervalo correspondiente a los materiales sueltos y de una rejilla en el tramo correspondiente al acufero. acufero.

PERFORACION DE POZOSGeneralidades

1. 2. 3. 4.

Es conveniente concebir la construccin de un pozo en trminos de cuatro diferentes etapas. etapas. La perforacin, La instalacin del ademe. ademe. La instalacin de la rejilla, el sellado, cuando ste ltimo se necesita para proteccin sanitaria, Y el desarrollo, para obtener un funcionamiento libre de arena a un rendimiento mximo. mximo. Cuando se impone el uso de un filtro artificial de grava, su colocacin se considera parte de la instalacin de la rejilla. rejilla.

PERFORACION DE POZOSGeneralidades

Dos o ms de estas etapas pueden realizarse simultneamente, dependiendo del mtodo que se emplee. emplee. Cuando se perfora por el mtodo de percusin en formaciones no consolidadas por ejemplo, el ademe se va instalando conforme prosigue a perforacin. perforacin. Cuando se esta hincando, la instalacin del ademe y la colocacin de la rejilla se realizan al mismo tiempo. tiempo.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Percusin

El mtodo de percusin con herramientas de cable lleva a cabo la Operacin de perforar, levantando y dejando caer con regularidad una pesada sarta de herramientas dentro del agujero que se va abriendo. abriendo. El barreno fractura o desmorona la roca dura y la convierte en pequeos fragmentos. fragmentos. Cuando se est perforando en materiales suaves y no consolidados, el barreno afloja el material. material.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Percusin

La accin de vaivn de las herramientas entre mezcla con agua las partculas fracturadas y desprendidas, formando as un todo. todo. El agua necesaria para formar ste, es agregada al agujero cuando no se encuentra presente en la formacin que se esta penetrando. penetrando. El lodo resultante debe ser retirado del agujero de tiempo en tiempo mediante una bomba de arena o de una cuchara. cuchara.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Percusin

1. 2. 3. 4.

Una sarta completa de herramientas de perforacin se halla constituida por cuatro elementos. Estos son: elementos. son: El Barreno, La barra de peso, Las tijeras de perforar y el portacable giratorio. giratorio. La barra le imprime un peso adicional al barreno y el efecto de su longitud ayuda a mantener un agujero recto cuando se perfora en roca dura. dura.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Percusinla barrena 1, la barra de percusin 2, la varilla extensible (tijera) 3 y la unin de cable 4, se bajan al pozo con el cable 15 que, contorneando la polea 5, la roldana tensora 7 y la roldana gua 8, se desenrolla del tambor instrumental 11 de la mquina perforadora. perforadora. La velocidad de bajada del tren se regula con el freno 12. 12. La polea 5 est instalada en la parte superior de la torre 13. 13. Para amortiguar las vibraciones que surgen al perforar se emplean los amortiguadores 14. 14.

PERFORACION DE POZOSMtodo de PercusinLos cuatro elementos que componen una sarta de herramientas para perforar por el mtodo de percusinPorta cable A ople Cable de perforacin

Tijeras

A ople

Cuadro para llave Barra de peso

A o le

Vas de agua Barreno

PERFORACION DE POZOSMtodo de Percusin Perforacin en Formaciones Suaves La perforacin en formaciones suaves o no consolidadas difiere de aquella que se realiza en roca dura, en dos aspectos. aspectos. 1. En el primer caso el barreno debe ser seguido de cerca por una tubera o ademe conforme el agujero se va profundizando con el objeto de evitar el socavamiento y de mantenerlo abierto. abierto. Por lo general, el ademe deber de hincarse, que es una operacin parecida a la de introducir pilotes. pilotes. 2. En segundo lugar, la accin Penetrante del lugar, barreno constituye, en su mayor parte, un efecto de aflojamiento y mezclado. mezclado. La fracturacin es de poca importancia, excepto cuando aparecen cantos grandes. grandes.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Consiste en horadar un agujero mediante la accin rotatoria de un trpano y remover los fragmentos que se producen con un fluido que continuamente se hace circular (Lodo). (Lodo). Conforme el trpano penetra en los materiales de la formacin. El trpano se formacin. fija al extremo inferior de una sarta de tubera. tubera. En el sistema convencional rotatorio, el fluido o lodo de perforacin es bombeado a travs de la tubera y expulsado por las boquillas de esta. esta.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin (Pozas)MAQUINA PERFORADORA 2,00

4,00

1

1. Poza de Lodo 4,00 x 2,00 x 1,50 2. Poza de Lodo 2,50 x 1,50 x 1,50 3. P. de Sediment. 1.50 x 1.50 x 1.20 4. P. de Sediment. 1,20 x 1,20 x 1,001,00 1,20 1,00

4

2

2,50

1,50

31,00 1,50

PERFORACION DE POZOSMtodo de RotacinEquipo de Perforacin (PRORRIDRE) a Rotacin

Perforadora SPC 300 Gra de 8 Tn. Compresora

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Los dos elementos clave en el mtodo de perforacin por rotacin, son: son: 1. El trpano y 2. El fluido. fluido. Ambos resultan indispensables al cortar y mantener el agujero. agujero. Todos los componentes que constituyen la mquina de perforacin por rotacin se disean para realizar simultneamente estas dos funciones: Operacin del funciones: trpano y Circulacin del fluido de perforacin. perforacin.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin En este sistema se emplean dos tipos generales de trpanos, a saber: saber: 1. El de rodetes dentados, usualmente roca, denominado trpano para roca, 2. y el de arrastre, que comprende el arrastre, de tipo de cola de pescado o el de tres aletas. aletas.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Los trpanos de arrastre Contienen aletas cortas cada una de las cuales tiene un filo cortante forjado y que ha recibido un tratamiento endurecedor en la superficie. superficie. Unas boquillas o eyectores cortos dirigen chorros de fluido de perforar por debajo de las aletas para mantenerlas limpias y enfriarlas. enfriarlas. Los trpanos de arrastre ejercen rpidamente su accin cortante en arcillas y arenas pero no funcionan bien en grava gruesa o en formaciones rocosas. rocosas.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin

Trpano de tres paletas a, de lavado ordinario; b, hidromotor

Trpano de dos paletas

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin

a)

b)

c)

Triconos: Triconos: a, para la perforacin en rocas de dureza media; b, para la media; perforacin en rocas duras abrasivas aplicando el soplado del pozo con aire; c, para la perforacin en rocas tenaces aire;

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin

a)

c)

b)

d)

Cabezas perforadoras para las turboperforadoras de corte anular a, de cuatro rodillos para rocas duras; b, de 4 rodillos para rocas duras con duras; intercalaciones de rocas tenaces abrasivas; c, de diamantes para rocas no abrasivas de abrasivas; dureza media y duras; d, reforzadas con aleacin extradura para rocas no abrasivas y duras; abrasivas de dureza media y duras. duras.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin El trpano de rodetes dentados ejerce una accin cortante y de trituracin, logrando cortar las formaciones duras con efectividad. efectividad. Los rodetes o cortadores son dotados de dientes endurecidos de gran variedad de formas y separacin. separacin. Desde el inferior del trpano y en la parte superior de cada rodete se hace dirigir un chorro de fluido de perforacin que lava las superficies que han sido cortadas. cortadas. El Trpano cnico contiene rodetes de forma cnica, montados sobre ejes y cojinetes colocados a cierto ngulo con el eje del trpano. trpano. Otro diseo tiene cuatro rodetes o cortadores, dos de los cuales estn fijados a un ngulo y los otros dos normalmente, al eje vertical del trpano. trpano.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin El trpano funciona en el extremo inferior de la barra de perforacin, que esencialmente consiste de un eje tubular largo. largo. La barra de perforar consta de tres partes: partes: 1. Una o ms barras de peso, justamente por encima del trpano; trpano; 2. Uno o mas tramos de tubera de perforacin y 3. El vstago giratorio "Kelly" . Cada barra de peso viene a ser en efecto un tramo de tubera de perforacin de pared gruesa. gruesa. Se utilizan una o ms barras para agregar peso a la parte inferior del conjunto. Esta concentracin conjunto. de peso. Justamente por encima del trpano, peso. contribuye a mantener el agujero recto y vertical. vertical.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin La tubera de perforacin consiste de conjuntos sin costura, por lo general en tramos de 6 a 9 m. de longitud, con un acople macho en un extremo adems de uno hembra en el otro. otro. Los tamaos de la tubera de perforacin que por lo general se emplean varan de dimetro, desde 60 mm. mm. hasta 114 mm. El mm. tamao indica el dimetro exterior del tubo. tubo.Izaje de tubera para conformar la sarta de perforacin

Bomba de lodo

Manguera de lodo de perforacin

Tuberas de Perforacin Mesa rotatoria

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin El vstago giratorio (kelly) constituye la seccin situada ms alto de toda la columna de tubera de perforacin. perforacin. El vstago pasa por, y se fija, en la abertura de la mesa rotatoria. rotatoria. La forma exterior del vstago giratorio puede ser cuadrada, hexagonal o tambin cilndrica, con ranuras o surcos longitudinales cortados en la pared exterior. exterior. El vstago giratorio se fabrica con unos cuantos centmetros ms de longitud que cualquier tramo de tubera de perforar. Su oquedad cilndrica perforar. interior es menor que la de la tubera, debido al grueso espesor de pared que necesita. necesita.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin

Vstago giratorio Kelly de seccin cuadrada

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Formacin de la camada Filtrante Conforme progresa la perforacin, se va formando en las paredes del agujero un filtro de lodo o camada filtrante. filtrante. Este revestimiento plstico, de limo, arcilla y coloides se forma debido a un efecto filtrante, cuando la presin del fluido de perforacin expulsa una parte del agua de ste. ste. La camada filtrante reviste las paredes del agujero y retiene algunas partculas sueltas de materiales desmenuzables. desmenuzables. Al mismo tiempo, protege a las paredes de la erosin o lavado que podra producirse con la corriente ascendente del fluido de perforacin. perforacin. A su vez, sella las paredes del agujero y reduce la prdida del fluido hacia las formaciones permeables. permeables.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Fluido de Perforacin (Lodo) El fluido de perforacin puede ser cualquiera, desde una agua lodosa hasta una mezcla viscosa hbilmente preparada con materiales ad hoc. hoc. Es muy importante comprender las funciones esenciales del fluido de perforacin. Este debe perforacin. realizar lo siguiente: siguiente: 1. Proteger las paredes del agujero del socavamiento. socavamiento. 2. Recoger los fragmentos del fondo del pozo. pozo. 3. Sellar las paredes del agujero, para reducir la prdida de circulacin. circulacin. 4. Mantener los fragmentos en suspensin cuando la circulacin cesa. cesa. 5. Enfriar y limpiar el trpano. trpano. 6. Lubricar los cojinetes del trpano, la bomba de lodo y la tubera de perforacin. perforacin.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Fluido de Perforacin (Lodo) El lodo de perforar retiene el agujero y evita su socavamiento, mediante la presin que ejerce sobre las paredes del mismo. mismo. En tanto la presin hidrosttica de la columna de fluido supere a la presin de las formaciones y a cualquier presin artesiana que pudiese manifestarse y que tenderan a derrumbar el agujero, este permanecer abierto. abierto. La presin del fluido a cualquier profundidad proviene del peso de la columna correspondiente que se halle por encima del nivel esttico, ms la diferencia entre los pesos del lodo y del agua en el intervalo comprendido entre el nivel esttico y el punto de inters. inters.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Fluido de Perforacin (Lodo) No existe ninguna frmula matemtica que permita calcular la presin que tendera a derrumbar un agujero circular rodeado de diversos materiales terrestres a varias profundidades. profundidades. El peso del lodo que se necesitara no se puede, entonces, predecir con exactitud. exactitud. En la prctica, el perforador se basa en su experiencia pasada, para preparar el fluido. fluido. Si empieza a tener problemas por socavacin, el perforador agrega ms bentonita o algn otro material pesado, para aumentar el peso del fluido y as poder desarrollar la presin que necesita dentro del agujero. agujero.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Fluido de Perforacin (Lodo) La habilidad de un fluido para mantener partculas en suspensin crece rpidamente conforme la velocidad y la viscosidad de ste aumenten. aumenten. Despus de que los fragmentos son llevados a la superficie, es esencial que stas sean separadas del lodo, conforme el fluido se desplaza por el foso del sedimentacin, a una velocidad reducida. reducida. Los resultados que se desean se obtienen mediante la regulacin de la viscosidad y el peso del lodo, ajustando la velocidad de la bomba y dndole una conformacin adecuada a los fosos o poza de sedimentacin. sedimentacin.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Fluido de Perforacin (Lodo) Un fluido de perforacin preparado adecuadamente constituye un lubricante excelente. excelente. Los fragmentos y la arena debern ser retirados con efectividad conforme el lodo circula por los fosos de sedimentacin, para que el fluido pueda realizar su funcin lubricante. lubricante.

Preparacin del fluido de perforacin en la fosa de sedimentacin

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Control del Fluido de Perforacin. Perforacin. Las propiedades de un lodo de perforacin que afectan su habilidad para desarrollar sus funciones esenciales en la perforacin de pozos de agua, incluyen las siguientes: siguientes: 1. Densidad, 2. Viscosidad, 3. Consistencia gelatinosa, 4. Propiedad filtrante y contenido de arena. arena. Tres de stas, sean la densidad, viscosidad y contenido de arena, debern evaluarse en el arena, sitio de la obra, para tener una base que permita regular el lodo durante la perforacin. perforacin.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Control del Fluido de Perforacin. Perforacin. La densidad del lodo, se determina en el campo utilizando una balanza especial. especial. Este instrumento posee una cpsula en uno de los extremos del brazo y una pesa deslizante en el otro. otro. Cuando la cpsula se halla exactamente llena, su volumen corresponde a una medida dada. A su vez, el brazo de la dada. balanza est calibrado en unidades de peso por volumen. volumen.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Control del Fluido de Perforacin. Perforacin. La viscosidad del fluido de perforacin se mide en el campo con un embudo de Marsh. Marsh. El ensayo se realiza llenando el embudo hasta un nivel determinado (un volumen de 1500 cm3 y observando el cm3 tiempo necesario en segundos para que una cuarta parte del fluido escurra por gravedad desde el embudo. embudo. Esta no es una medicin real de la viscosidad del fluido de perforacin, pero los valores relativos que se obtienen son suficientes para controlar correctamente el lodo cuando los resultados se interpretan a la luz de los de otros ensayos de campo. campo.

Recipiente

PERFORACION DE POZOSMtodo de Rotacin Control del Fluido de Perforacin. Perforacin.

El agua indica en el embudo de Marsh una viscosidad equivalente a 26 segundos. segundos. Un buen fluido de perforacin, con un peso especfico de 1,08 Kg/litro, tiene, una viscosidad correspondiente a un rango de 35 a 45 segundos. segundos. Si el lodo recoge arena y aumenta su peso especifico hasta 1,20 Kg/litro, la viscosidad, segn el embudo, ser de unos 43 segundos. segundos. Cuanto mayor sea la densidad de un lodo que contenga arena, mayor ser la viscosidad con que fluye desde el embudo. embudo. Contrariamente, cuando el peso del lodo aumenta como resultado de la arcilla proveniente de los cortes o fragmentos superficiales, la viscosidad resulta ser mucho ms alta que 43 segundos. segundos.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Perforacin de Circulacin inversa. inversa. El mtodo rotatorio de perforacin con circulacin inversa se efecta invirtiendo la circulacin del fluido de perforacin, a diferencia del mtodo rotatorio convencional. convencional. El extremo de aspiracin de la bomba, en lugar del de descarga, se conecta al vstago giratorio a travs del eslabn superior y de ah a la tubera de perforacin. perforacin. Esta vez el fluido de perforacin con su carga de fragmentos y cortaduras se desplazan hacia arriba por dentro de la tubera y es descargado por la bomba al foso de sedimentacin. sedimentacin.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Perforacin de Circulacin inversa. inversa. El fluido retorna al agujero mediante flujo gravitacional. gravitacional. En esta forma, se desplazara hacia abajo, a travs del espacio anular que rodea la tubera, atrapando a su paso fragmentos que vuelven a entrar a la tubera de perforacin. por las aberturas existentes en el trpano. perforacin. trpano.Eslabn Manguera de succin de gran dimetro Bomba de alta capacidad Descarga de la bomba Vstago giratorio Mesa rotatoria

Arena y fragmentos sedimentados Tubo de perforacin de gran dimetro

Trpano cola de pescado con abertura de gran dimetro

PERFORACION DE POZOSMtodo de Perforacin de Circulacin inversa. inversa. Con este sistema, se pueden perforar agujeros de hasta 1,50 m. de dimetro. dimetro. El dimetro del agujero debe ser grande en comparacin con la tubera de perforar para que la velocidad descendente del agua sea lenta. lenta. Se recomienda que la velocidad de descenso del agua sea del orden de unos 30 centmetros por segundo. segundo.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Perforacin de Circulacin inversa. inversa. La circulacin inversa proporciona el mtodo ms econmico para perforar en dimetros grandes, formaciones suaves y no consolidadas. consolidadas. Cuando las condiciones geolgicas son favorables, el costo por metro, de agujero, aumenta poco con el incremento del dimetro. dimetro. El costo de perforacin de un hoyo de 0,90 mm 1,00 m . de dimetro es apenas ligeramente mayor que el de uno de 0,60 m.

PERFORACION DE POZOSMtodo de Perforacin de Circulacin inversa. inversa. En consecuencia, la mayor parte de los agujeros perforados por este mtodo son de unos 0,60 m. de dimetro o mayores, Favorece el acabado de los pozos mediante la colocacin de filtros artificiales de grava. grava. Este es un caso en donde el diseo de un filtro artificial de grava depende en su mayor parte de los factores peculiares del mtodo especfico de perforacin. perforacin.

DISEO DE POZOSGeneralidades. Generalidades. El diseo de un pozo de agua implica escoger: escoger: Los factores dimensionales apropiados para la estructura de ste y de los materiales que se van a utilizar en su construccin. construccin. Un buen diseo exige la seguridad de una combinacin ptima de comportamiento, larga vida de servicio y un costo razonable. razonable. Una sana prctica de ingeniera demanda que estos objetivos sean considerados en conjunto. conjunto.

DISEO DE POZOSGeneralidades. Generalidades. El otro elemento, es el intervalo de captacin del pozo. Es el lugar en donde el pozo. agua proveniente del acufero hace su entrada al pozo. pozo. Su diseo demanda una consideracin muy cuidadosa de los factores hidrulicos que influyen en el comportamiento del pozo. pozo. Lo anterior se aplica especialmente a un pozo que deriva agua de una formacin no consolidada, tal como la arena. En tal arena. caso, se emplea una rejilla, la cual acta como captacin en la estructura de ste. ste.

DISEO DE POZOSGeneralidades. Generalidades. Una rejilla de pozo que se halle adecuadamente construida, permite que el agua haga su entrada al pozo libremente y a baja velocidad, evitando as que la arena penetre al pozo. pozo. En un acufero constituido por roca consolidada, el pozo es un agujero perforado dentro del acufero hasta una profundidad adecuada. adecuada. El rendimiento, de tal pozo variar con el nmero, tamao y continuidad de las aberturas que se encuentren en la roca y que aparecen al perforar el agujero dentro del acufero. acufero.

DISEO DE POZOSDimetro del Pozo. Pozo. El dimetro del pozo debe escogerse de modo que se satisfagan dos requisitos: requisitos: 1.El ademe debe ser lo suficientemente amplio para que permita acomodar la bomba con la tolerancia adecuada para su instalacin y eficiente funcionamiento. funcionamiento. 2.El dimetro del intervalo de captacin del pozo debe ser tal que garantice una buena eficiencia hidrulica del mismo. mismo.

DISEO DE POZOSDimetro del Pozo. Pozo.TABLA 7. Dimetros Recomendados de Pozoroduccin revista de ozo m3/min. enos que 0, 0,3 a 0,7 0,6 a , ,3 a , ,3 a 3, 3,2 a 5,0 4,5 a 6,8 6,0 a 2,0ID = Dimetro interior.

imetro ominal de los Tazones de la Bomba en cm. 0,0 2,5 5,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0D = Dimetro exterior

imetro ptimo del deme del ozo en cm. 5,0 ID 20,0 ID 25,0 ID 30,0 ID 35,0 D 40,0 OD 50,0 D 60,0 D

nimo imetro de deme en cm. 2,5 ID 5,0 ID 20,0 ID 25,0 ID 30,0 ID 35,0 D 40,0 D 50,0 D

DISEO DE POZOSProfundidad del Pozo. Pozo. Generalmente el pozo se termina en el fondo del acufero. Por las dos acufero. razones siguientes: siguientes: 1. Se utiliza mayor espesor del acufero como intervalo de captacin del pozo, lo que mejora su capacidad especfica. especfica. 2. Puede obtenerse mayor abatimiento disponible, permitiendo al pozo erogar ms caudal. caudal.

DISEO DE POZOSLongitud de la Rejilla. Rejilla. Debe escogerse con relacin al espesor del acufero, abatimiento y estratificacin de la formacin. Se formacin. pueden aplicar a cuatro situaciones tpicas: tpicas: 1. Acufero Artesiano Homogneo: Homogneo: deber enrejillarse de un 70 a un 80% 80% del espesor del acufero suponiendo que el nivel del agua no descienda por debajo del techo de ste. ste.

DISEO DE POZOSLongitud de la Rejilla. Rejilla. 2. Acufero Artesiano Heterogneo: En Heterogneo: este tipo de formacin acufera, obviamente lo mejor es enrejillar el estrato (s) ms permeable. permeable. 3. Acufero Homogneo: Homogneo: Tanto la teora como la experiencia han demostrado que al enrejillar el tercio inferior del acufero se obtiene el mejor diseo para esta condicin. condicin.

DISEO DE POZOSLongitud de la Rejilla. Rejilla. 4. Acuferos de Nivel Fratico Heterogneos: Heterogneos: se aplican los mismos de los acuferos artesianos heterogneos. heterogneos. La nica variacin, en el caso de un acufero fretico, es la posicin de la rejilla o tramos de sta, que esta vez deben colocarse en los intervalos inferiores ms permeables, para disponer as del mximo abatimiento. abatimiento.

DISEO DE POZOSAbertura de las ranuras de la Rejilla. Rejilla. En pozos desarrollados en forma natural, las aberturas de las rejillas se escogen mediante un anlisis granulomtrico de las muestras de la formacin. Para cada formacin. muestra, se plotea una curva granulomtrica. granulomtrica. Para determinar la abertura correcta, se necesita escocer un punto de la curva en que la lnea horizontal correspondiente, ya sea a un 40 un 50%, e intersecte a 50% la curva de Granulometra y luego determinar la correspondiente abertura de rejilla en la escala horizontal de tamaos. tamaos.

DISEO DE POZOSAbertura de las ranuras de la Rejilla. Rejilla. EnFig. 7.2 El tamao efectivo de una arena es el tamao de grano dado por la interseccin de la curva con la horizontal correspondiente al 90 por ciento de retencin. El coeficiente de uniformidad es el tamao correspondiente al 40 por ciento de retencin dividido por el tamao efectivo.

DISEO DE POZOSAbertura de las ranuras de la Rejilla. Rejilla. Se presentan por lo general las formaciones heterogneas o acuferos estratificados. estratificados. Entonces, las aberturas de ranura de los diversos tramos de una Rejilla de pozo se escogen de modo que se ajusten a la gradacin de los materiales de todos los estratos. estratos.

DISEO DE POZOSAbertura de las ranuras de la Rejilla. Rejilla. Conviene aplicar dos reglas adicionales, que son las siguientes: siguientes: 1 Regla. Si el material fino descansa sobre Regla. material grueso, debe extenderse la rejilla que tiene su abertura diseada para el material fino por lo menos unos 0,60 m. dentro del material ms grueso que se halle por debajo. debajo. 2 Regla. Si el material fino reposa sobre un Regla. material grueso, el tamao de ranura del tramo de rejilla que va a instalarse en el estrato de Granulometra gruesa no deber ser mayor que el doble de la abertura de ranura que se emplee para el material fino. fino.

DISEO DE POZOSAbertura de las ranuras de la Rejilla. Rejilla.

Fig. 7.5: La rejilla de la parte inferior de un acufero estratificado (a) debe ser ms corta que el espesor de la arena ms gruesa para evitar la condicin (b) en que se muestra la posibilidad de que la arena fina penetre a la parle superior de la rejilla despus de desarrollar el pozo.

DISEO DE POZOSDimetro de la Rejilla. Rejilla. Se escoge con miras a cumplir con un principio bsico y que consiste en que se debe proveer suficiente rea de entrada para que la velocidad de acceso del agua al pozo no exceda de un cierto valor estipulado. estipulado. El dimetro de la rejilla constituye un factor que podra variarse una vez que la longitud y el tamao de las aberturas hayan sido escogidos. escogidos.

DISEO DE POZOSDimetro de la Rejilla. Rejilla.Ar as abi rtasi m tr jill lg " " " 6" 8" " " " " 6" 8" " " 6" " 6" l Ar Abert r

Tabla . jillas J h sonC t i Abert r 9 6

l Tipo Telescpicojill lg C Abert r Abert r 8 r Abert r 6 88

r i Li l Abert r Abert r 6

8 9 8 6 8 9 9 7 6 9 7 6 6 77 7 76 69 78 88 87 9 8 6 87

7 7 8 7 6 7 6 86 9 7 7 68 7

9 6 8 66 9

8 7 87 6 7 7 77 9 7 9 8 66 78 9 76

7 9 66 8 98 7 98 7 79

6

68 8 8 89 6 8

Nota: Cada rejilla se designa por el tamao de la tubera de acero a travs de la cual deber insertarse por el mtodo telescpico. El nmero de ranura denota el ancho de la abertura en milsimas de pulgada En algunos casos especiales, las reas abiertas podran diferir un poco de los valores mostrados. Un pie lineal = 0,305 m. Una pulgada = 2.54 cm. Una 2.54 pulgada cuadrada 6,45 cm2 OD dimetro exterior.

DISEO DE POZOSSeleccin del Material de la Rejilla. Rejilla. Hay tres aspectos que gobiernan la eleccin del metal con el cual se va a fabricar la rejilla. Estos son los rejilla. siguientes: siguientes: 1. Contenido mineral del agua. agua. 2. Presencia de jaleas bacterianas. bacterianas. 3. Requisitos de resistencia de rejilla. rejilla.

la

DISEO DE POZOSSeleccin del Material de la Rejilla. Rejilla. El contenido mineral del agua subterrnea se obtiene mediante un anlisis qumico. qumico. El estudio de los anlisis revela, por lo general, si el agua del subsuelo es corrosiva o incrustante. incrustante. En algunos casos el agua puede Causar tanta corrosin como incrustacin. incrustacin.

DISEO DE POZOSSeleccin del Material de la Rejilla. Rejilla.M t l Al i i i N i l t R l ti A li i S ri MONE 0% 0% r l 1,5 i combinado con Alt cl r r oxgeno di elto, como en el agua del mar. No e necesita or lo general agua subterr nea otable. Sulfuro de hidr geno. Oxgeno disuelto. Di xido de carbono. acteria ferrosa. Excelente resistencia. Alta dureza. Alto cloruro de sodio en ausencia de oxgeno disuelto. Alto contenido de hierro. Extremadamente resistente a los tratamientos con cido. Usado ara las mismas condiciones ue el E erdur, ero inferior y no tan resistente. Se utiliza en aguas no muy acti as. No es resistente a la corrosi n, ero acta satisfactoriamente en ciertas reas. Se utiliza en ozos ara riego en donde las aguas son relati amente neutras. No es resiente a la corrosi n. Por lo general se usa en ozos no ermanentes, tales como los de rueba o ozos ara desecaci n. En algunos lugares de Estados Unidos alcanza una ida til satisfactoria, especialmente si las aguas no son corrosi as ni incrustantes. A ERO INOXIDA 4% r 1 % r % l 1,0

M t l

l

TABLA .4 jill y u Apli

i

E

EVERDUR

% r . % li 1%

1,0

RON E ROJO % r A SI I IO 1 % i 1% li

0,9

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(

, 4% (hi rr r l t l i

0, ).

A ERO

,35/ , 2. hi rr 0,09/0,15 0,20/0,50 (

0,5 r

l gal ani aci n)

DISEO DE POZOSDiseo de Filtros de Grava. Grava. En los pozos que han sido desarrollados en forma natural se ha visto que la abertura de las ranuras de la rejilla se puede escoger de modo que retengan alrededor del 40% del material de la 40% formacin natural y que dejen pasar un 60% 60% del mismo, a travs de las aberturas, durante el proceso de desarrollo. desarrollo. En el pozo dotado de un filtro artificial la grava artificialmente gradada se escoge de modo que sta retenga prcticamente todo el material de la formacin; la rejilla formacin; que luego se elige debe tener un tamao tal que a su vez retenga la grava. grava.

DISEO DE POZOSDiseo de Filtros de Grava. Grava. De las curvas granulomtricas de todos los estratos del acufero, Se determina el estrato formado por la arena ms fina y se escoge la gradacin del filtro con base en el anlisis granulomtrico de este material. material.

DISEO DE POZOSDiseo de Filtros de Grava. Grava.

Fig. 7.9 Curvas granulomtricas de arena acufera y curva correspondiente al material adecuadamente seleccionado del filtro de grava.

DISEO DE POZOSPruebas de Bombeo Permite estudiar de manera experimental la evolucin de las caractersticas del manto acufero, registrndose durante el bombeo la descarga en relacin al abatimiento. abatimiento. Permite trazar curvas de las funciones que rigen el flujo del agua hacia el pozo, Capacidad Especfica y rectas representativas que determinan las caractersticas Hidrulicas del pozo. pozo.

DISEO DE POZOSPrueba de Bombeo (Ejemplo) Trminos Abatimiento: Abatimiento: Descenso del nivel del agua por bombeo. Diferencia entre bombeo. el nivel Esttico y el nivel Dinmico. Dinmico. Abatimiento Residual: Detenido el Residual: bombeo, el nivel de agua asciende tratando de alcanzar el nivel anterior, antes del bombeo. bombeo. Cap. Especfica: Cap. Especfica: Es la descarga por unid. unid. de Abatimiento (l/seg o m3/m)

DISEO DE POZOSPrueba de Bombeo (Ejemplo) Caractersticas de la Prueba: Prueba: Bombeo de 40 Hr. En 3 regmenes. Hr. regmenes. N.E. 4.04 m. (Establecidos de acuerdo a la naturaleza estratigrfica del acufero; acufero; y asegurar la estabilizacin del filtro y evitar el flujo turbulento. turbulento.

DISEO DE POZOSPrueba de Bombeo (Ejemplo) 1 Rgimen: Bombeo de 12 Hr. A 760 Rgimen: Hr. R.P.M. Q = 22,6 l/seg. Abatimiento 10,56 22, l/seg. 10, m. Capacidad Especfica 2,14 l/seg. por l/seg. m. de depresin 2 Rgimen: Bombeo de 14 Hr. A 980 Rgimen: Hr. R.P.M. Q = 29,5 l/seg. Abatimiento 19,03 29, l/seg. 19, m. Capacidad Especfica 1,64 l/seg. l/seg. 3 Rgimen: Bombeo de 14 Hr. A 1200 Rgimen: Hr. R.P.M. Q = 31,5 l/seg. Abatimiento 24,94 31, l/seg. 24, m. Capacidad Especfica 1,26 l/seg. l/seg.

DISEO DE POZOSPrueba de Bombeo (Ejemplo) Curva Descenso Caudal: Se grafica Caudal: con los datos anteriores: La recta anteriores: pendiente que representa una funcin parablica de 2 Grado, con dos sectores bien representativos: representativos: La recta (Descensos normales o pequeos) y el otro que es propiamente la curva (Descensos considerables o de agotamiento). agotamiento).

DISEO DE POZOSPrueba de Bombeo (Ejemplo) Clculo del caudal mximo explotable: explotable: Se determina mediante la frmula: frmula:QH2 Qmx . ! 2 H h hDonde: Qmx. = Caudal mximo Q = Caudal de bombeo o descenso h = Abatimiento para el caudal Q H = Espesor del acufero (Se consider 30,7 m.)

Q1= 22,60 l/seg. 22, l/seg. Q2 = 29,50 l/seg. 29, l/seg. Q3 = 30,50 l/seg. 30, l/seg.

h = 6.53 m. h = 13,99 m. 13, h = 20,90 m. 20,

DISEO DE POZOSPrueba de Bombeo (Ejemplo) Reemplazando: Reemplazando:

22,6 (30,7) 2 Qmx .1 ! ! 59,45l / seg . 2(30,7) 6,536,53

29,5 (30,7) 2 ! 41,92 .2 ! 2(30,7) 13,99 ,99 13

s g.

31,5 (30,7) 2 Qmx .3 ! ! 35,07 l / seg . 2(30,7) 20,9020,90

Se toma como lmite mximo explotable 35,07 35, l/seg., l/seg. para bombear bajo condiciones de equilibrio entre descarga y recarga del acufero. acufero.

DISEO DE POZOSGrfico: Grfico:

El segmento O-PC (son descensos regulares) dentro de un rango tolerable

DISEO DE POZOSRectas Representativas: Representativas:DESCENSO T! T!

0,183 Q C

0,183 29,74 x10 3 ! 8,37 x10 3 m 2 / seg . 0,65 T K! H 723,1 m 2 / da ! 23,5 m / da 30,7

K!

RECUPERACI N 0,183 Q T! C T! 0,183 29,74 x10 3 ! 7,45 x10 3 m 2 / seg . 0,73 T K! H K! 643,68 m 2 / da ! 20,9 m / da 30,7

C= batimiento Residual

DISEO DE POZOSPrueba de Bombeo (Ejemplo) Punto Crtico: Segn la Ley de Darcy Crtico: permite conocer que de este punto la Veloc. Del flujo crece, hasta la Veloc. aparicin del rgimen Turbulento; Turbulento; esto se alcanza cuando el ngulo de la tangente de la curva de depresin real con la horizontal llega a 45 45

DISEO DE POZOSPrueba de Bombeo (Ejemplo) Caudal ptimo de Explotacin: Explotacin: Considerando como el caudal recomendable de explotacin, para la etapa de operacin del Pozo, debiendo ser esta a 60% del caudal 60% mximo es decir 21,04 l/seg. 21, l/seg.