Puţ de apă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Un puţ este o groapă săpată prin foraj artificial în scoarţa pământului, prin care se poate extrage apă, petrol sau alt zăcământ, sau realizată pentru explorare ori în alte scopuri tehnice. Image:Hortobagy-ziehbrunnen.jpg

Puţuri cu cumpănă (Ungaria)

Puţurile de apă pot fi de două tipuri: puţuri de mică adâncime şi puţuri de mare adâncime . Cu cele dintâi apa poate fi obţinută foarte uşor, dar impurităţile pot ajunge uşor astfel că există un risc de contaminare. Pentru cele la adâncime mare nu există risc de contaminare, ele neavând impurităţi organice. Construirea de puţuri forate de adâncime 30…200m, mecanizat, după tehnologie americană, foraj rotatic cu circulaţie directă de fluid de foraj şi echipate cu pompă submersibilăa, conductă de refulare, staţie de tratare, rezervor şi conducte ramificate de distribuţie.

Construirea acestor tipuri de puţuri rezolvă problema sursei de apă pentru comunităţile rurale şi suburbane unde: 1. Resursele de suprafaţă nu pot fi captate şi unde nu există apă potabilă în pânza freatica de suprafaţă; 2. Există certitudinea că sursa de apă se află la o adâncime accesibila (nu mai mare de 200m); 3. Costul exploatării surselor de suprafaţă este mult prea mare. Această soluţie (vezi fig. 2.5) prezintă următoarele caracteristici şi include următoarele componente -puţ forat de adâncime, H=30…200 m, Diametrul puţului D=230…320mm, foraj mecanizat după tehnologie americană, foraj rotativ hidraulic cu circulaţie directă de fluid de foraj. Tubajul este constituit din tuburi PVC VALROM speciale pentru puţuri de apă, de culoare albastră, cu mufă, filet şi garnitură cu dimensiunile 125x5,4mm ; 140x5,4mm ; 160x5,4mm. Captarea apei se face pe adâncime, prin stratul acvifer şi sub strat, cu 20 m de filtre SCREEN (tuburi VALROM speciale, cu fante cu g=0,3…0,5mm) şi cu strat de filtraj de pietriş mărgăritar cu granulaţia g=3…5mm, în spaţiul inelar dintre tub şi puţul forat, pe toată lungimea filtrelor SCREEN

Instalaţiile de foraj care utilizează principiul forajului mecanizat rotativ hidraulic clasic, cu circulaţie directă de fluid de foraj, au în general următoarea componenţă şi funcţionare: Garnitura de prăjini de foraj cu sapă de foraj ataşată se roteşte fiind antrenată mecanic de la un cap de foraj cu acţionare mecanică de la un motor termic sau hidrostatică de la un motor hidrostatic lent. Introducerea şi scoaterea unui pas de prăjină de foraj se face secvenţial, pas cu pas, prin blocarea garniturii de prăjini la podul sondei într-o broască cu pene şi o furcă specială care intră în locaşul frezat de blocaj al prăjinilor şi se sprijină şi se blochează în broasca cu pene. Manevrarea garniturii de prăjini de foraj pentru introducerea / scoaterea unui pas se face cu un troliu manual cu sistem de manevră cu cablu tip macara-geamblac (palan mobil), cu multiplicare de forţă, sau cu un mecanism de acţionare cu lanţ şi cu cilindru hidraulic, cu multiplicare de cursă Pentru realizarea forajului hidraulic, în garnitura de prăjini (tip ţeavă) se injectează prin intermediul unui cap de spălare fluid de foraj, de la grupul motopompă de foraj. Fluidul de foraj circulă prin interiorul prăjinilor şi prin duzele sapei de foraj spală sub presiune talpa sondei, îndepărtând sfărâmăturile de rocă şi detritusul, care se evacuează apoi prin spaţiul inelar dintre prăjini şi puţul forat, până la suprafaţă. Acesta este procedeul de foraj rotativ hidraulic cu circulaţie directă de fluid de foraj. Dacă nu ar exista spălarea continuă a tălpii sondei şi îndepărtarea sfărâmăturilor şi detritusului cu fluidul de foraj, sapa s-ar bloca imediat , nu ar înainta nici un pas de prăjină. Fluidul de foraj se recuperează printr-un şanţ într-o groapă de decantare, care comunică printr-un şanţ cu meandre (pentru decantare) cu altă groapă de alimentare, de unde este din nou recirculat de către grupul motopompă de foraj şi procesul se repetă. Este de o mare importanţă existenţa unei circulaţii continue de fluid de foraj, fără de care sapa nu ar avansa şi s-ar bloca; de asemenea evitarea prăbuşirii puţului, înainte de tubaj se face prin presiunea hidraulică a fluidului de foraj asupra pereţilor puţului. La apariţia pierderii de circulaţie, forajul se opreşte, se ridică sapa cu un pas de prăjină şi se adaugă aditiv de foraj pentru restabilirea circulaţiei. Tubajul se face după terminarea completă a forajului pe toată adâncimea puţului şi la diametrul final al puţului. Pentru evitarea pierderii de circulaţie în straturi poroase şi a colapsului (prăbuşirea puţului), pentru decantarea în batal a detritusului, în fluidul de foraj se adaugă aditiv de foraj (bentonită+CMC+sodă calcinată). Fluidul de foraj se prepară în batal cu o zi înainte de începerea forajului, pentru hidratarea şi omogenizarea perfectă a amestecului.

-metoda are avantajul că se evită prăbuşirea (colapsul ) puţului prin presiunea hidraulică a fluidului de foraj, şi prin lipirea pereţilor puţului cu aditivi din fluidul de foraj. De aceea se poate fora la adâncimi mari, pe toată adâncimea puţului şi până la diametrul maxim, fără să fie nevoie să se tubeze în timpul forajului; tubajul se face la final, după terminarea forajului; aceasta reprezintă o simplificare şi o creştere de productivitate enormă din punctul de vedere al tehnologiei de foraj; -pentru depistarea surselor bogate şi curate de apă, si pentru a se putea şti poziţionarea exactă a filtrelor SCREEN de captare, după foraj şi înainte de tubaj se poate face cercetare geofizică, carotaj electric, metoda rezistivă. Se obţine astfel o diagrafie cu conformaţia exactă a straturilor forate şi cu poziţionarea exactă a straturilor acvifere curate şi bogate în apă; se pot astfel poziţiona cu exactitate pe verticală filtrele SCREEN şi zona straturilor curate şi bogate şi se evită captarea unor straturi infestate cu mâl foarte fin, care nu poate fi eliminat la deznisipare;

-punerea in producţie si deznisiparea puţului se face cu pompa MAMUT prin procedeul aer-lift (tub ejector); se introduce aer sub presiune de la un compresor (P=2,2KW, p=8..12 bar, Q=400 litri/min) printr-un furtun subţire în dispozitivul de sifonare, amestecul aerat cu densitate mică de apă-aer-nisip-detritus este evacuat printr-un furtun gros legat de dispozitivul de sifonare până la limpezirea apei din strat şi decolmatarea puţului (timp de 3...4 zile); furtunul cu aer trebuie imersat în apă 60% din lungimea lui. Pentru a putea funcţiona, sifonul mamutului trebuie să aibă deasupra o coloana  de apă cu adâncimea de minim 30 de metri, mamutul nu funcţionează eficient decât pentru adâncimi mai mari de 30m. De aceea se forează prin această metodă numai puţuri de apă mai adânci de 30de metri, se oferă astfel cel mai bun raport preţ/calitate de pe piaţă, se oferă apă curată, filtrată, fără mâl şi nisip, la un debit bun Q=80…100 litri/min şi stabil.

- Forarea mecanică se execută cu ajutorul unei instalaţii de foraj care se aduce la amplasamentul stabilit. Această metodă, foraj mecanizat rotativ cu circulaţie directă de fluid de foraj are raportul cel mai bun preţ/calitate prin utilizarea instalaţilor ultrauşoare şi uşoare de foraj hidrogeologic, care au costuri de foraj/tubaj atractiv, de maxim 30…40 euro per metru forat şi tubat. Instalaţile de foraj industriale, de puteri mari (100…300CP) pe autoşasiu au preţuri foarte mari de exploatare, utilizarea acestor instalaţii masive de foraj impune preţuri foarte mari, 100-200 euro per metru forat şi tubat, preţuri prohibitive pentru comunităţile rurale şi suburbane, piaţa ţintă a prezentului program de cercetare. Instalaţile uşoare şi ultrauşoare de foraj oferite în foraj ecologic, sunt de dimensiuni mici, se pot transporta uşor, oferă flexibilitate operaţiilor tehnologice, spre deosebire de instalaţile de foraj, masive, de puteri mari, pe autoşasiu, care forează neecologic, distrug proprietatea micilor gospodării particulare, au un acces greoi pe proprietatea particularului iar în unele zone nu pot avea acces pe proprietatea particularului. Aceasta metodă de asigurare a resurselor de apă mai cuprinde următoarele componente: -casa puţului (izolarea şi sanitarizarea suprafeţei superioare a puţului de apă); -conducta principala PEHD L=150m cu D=100 mm; -staţie de tratare; -pompă submersibilă + hidrofor special pentru pompă submersibilă + instalaţile hidraulice şi electrice; -rezervor Q=20 m3 realizat din fibră de sticlă, poziţionat la înălţime, de obicei în podul casei; -conductă de distribuţie L=1000m cu D = 110 mm; -cişmele publice: 1-3 buc. Se apreciază ca un put forat astfel poate alimenta cu apă aproximativ 130 de gospodării cu 650 locuitori ce locuiesc la o distanţă de aproximativ 125 de metri dar nu mai mult de 250 de metri de puţul forat. Aplicarea acestei soluţii este condiţionată de efectuarea unui studiu hidrogeologic ce trebuie să confirme existenţa apei de adâncime şi la calităţile acceptate de STAS nr.1342. De asemenea la proiectarea captării apei subterane prin puţuri individuale se vor respecta prevederile SR 1629-2/1996 referitoare la captarea apelor subterane prin puţuri. Detalii referitoare la tehnologia de realizare a forajelor mecanice, care sunt obiectul programului actual de cercetare, sunt oferite la capitolul referitor la „Analiza tehnologiilor de foraj mecanizat hidrogeologic” Costurile orientative pentru aplicarea acestei soluţii sunt oferite în Anexa 14. Detalii referitoare la operaţiunile tehnice necesare pentru pregătirea si executarea puţurilor forate, tipuri de filtre, decantarea, colmatarea şi decolmatarea, deznisiparea şi pomparea experimentală sunt prezentate în Anexele 4,5 şi 6. Punctele tari: · acces la apă de calitate mai bună a locuitorilor; sunt captate straturile de adâncime mare (începând de la al treilea strat acvifer în jos), bogate şi curate, nepoluate, fără nitriţi, fără agenţi patogeni; · pentru forajul cu instalaţii ultrauşoare şi uşoare de foraj, se obţine cel mai bun raport preţ calitate, preţul de 30…40 euro / metru forat şi tubat pentru o resursă de apă ieftină şi curată, la debit bun şi stabil Q=80…100 litri/min , suficient pentru gospodăriile individuale din comunităţile rurale şi suburbane; · întreţinerea se poate face foarte uşor şi cu costuri minime; · metoda are avantajul că se evită prăbuşirea (colapsul ) puţului prin presiunea hidraulică a fluidului de foraj, şi prin lipirea pereţilor puţului cu aditivi din fluidul de foraj. De aceea se poate fora adâncimi mari, pe toată adâncimea puţului şi până la diametrul maxim, fără să fie nevoie să se tubeze în timpul forajului; tubajul se face la final, după terminarea forajului, se simplifică şi se optimizează foarte mult tehnologia de foraj, comparativ cu complicaţiile şi improvizaţiile care trebuie făcute la săparea manuală uscată, unde trebuie folosit burlan de urmărire, trebuie tubat pe porţiuni în timpul forajului şi trebuie asigurate tuburile deja introduse contra prăbuşirii peste sapa manuală-crivac, iar uneori crivac-ul trebuie sa fie în construcţie extensibilă , pentru a putea fi introdus prin tuburile cu care s-a tubat deja. · Metoda are avantajul că permite cercetarea geofizică prin metoda carotaj electric-rezistivitate pentru depistarea straturilor de acvifer bogate în apă şi curate, şi pentru poziţionarea exactă pe adâncime a filtrelor SCREEN de captare · Metoda are avantajul că permite deznisiparea, limpezirea şi punerea în producţie eficientă a puţului de apă prin folosirea metodei de deznisipare cu pompa MAMUT prin procedeul aer-lift, la adâncimi mai mari de 30m, oferindu-se o resursă de apă ieftină şi curată, la debit bun şi stabil · Se permite un foraj ecologic, fără distrugerea proprietăţii gospodăriei individuale particulare, instalaţiile ultrauşoare şi uşoare de foraj sunt flexibile, au un grad ridicat de trasportabilitate, se pot strecura pe zone înguste de proprietate, au acces la zone inaccesibile instalaţiilor mari, masive, pe autoşasiu pentru locaţiile de foraj Puncte slabe: Comparativ cu celelalte metode prezentate până acum, forajul mecanizat cu instalaţii uşoare şi ultrauşoare de foraj pentru gospodăriile individuale din comunităţile rurale şi suburbane, nu prezintă dezavantaje şi puncte slabe, de aceea această metodă de foraj hidrogeologic va fi luată în considerare în cadrul programului de cercetare actual

2.1.9. Pregătirea şi efectuarea operaţiei de tubare

Generalităţi Tubarea este operaţia de consolidare a puţului forat prin introducerea unei coloane formata din burlane îmbinate intre ele. Coloana de tubaj care se introduce în puţul forat este alcătuită din : burlane, filtre, şiul coloanei, inelul de reţinere şi centrori. Operaţia de tubare are o deosebită importanţă pentru terminarea puţului forat în bune condiţii. În scopul asigurării unei reuşite depline, înaintea începerii tubării se efectuează o serie de operaţii de pregătire a burlanelor, a instalaţiilor şi a sculelor care au ca rezultat evitarea unor complicaţii pe parcurs, cât şi introducerea coloanei până la talpă fără dificultăţi Forajele pot fi tubate fie cu burlane din oţel aliat, fie cu plastic (PVC). În ultima perioadă s-a generalizat utilizarea burlanelor PVC VALROM speciale pentru puţuri de apă, de culoare albastră, cu mufă, filet TPN4 şi garnitură. Sunt utilizate pentru tubaj burlane PVC VALROM cu dimensiunile 125x5,4mm ; 140x5,4mm ; 160x5,4mm Aceste burlane PVC se remarcă printr-o grosime mare a pereţilor (5,4mm) şi printr-o îmbinare sigură cu filet, elemente cerute de următoarele solicitări în exploatare: 1. În burlane este introdus aer comprimat la presiune 8…10bar, în timpul operaţiei de deznisipare. Dacă pereţii ar fi mai subţiri sau dacă nu ar fi o îmbinare sigură cu filet, coloana s-ar sparge sau s-ar desprinde din îmbinare în timpul deznisipării; 2. În timpul exploatării, coloana de burlane este supusă presiunii orizontale a solului; dacă pereţii ar fi mai subţiri sau dacă nu ar fi o îmbinare sigură cu filet s-ar produce spargerea coloanei de burlane sau smulgerea burlanelor din îmbinare datorită presiunii deviaţionale orizontale a solului Detalii referitoare la operaţia de tubare se găsesc în Anexa 3 La un foraj hidrogeologic, filtrul este cel mai important element al coloanei filtrante, deoarece influenţează în mare măsură cantitatea şi calitatea apei, precum şi buna funcţionare în exploatare. Funcţia principală pe care o îndeplineşte un filtru este aceea de a susţine pereţii porţiunii deschise a stratului acvifer şi de a lăsa sa treacă apa din strat in put fără pierderi mari de presiune. În prezent, filtrele cele mai utilizate sunt cele confecţionate din burlane metalice sau din PVC. S-a generalizat, datorită avantajelor preţ/calitate utilizarea filtrelor PVC SCREEN cu fante cu grosimea g=0,3…0,5mm, confecţionate de VALROM din propriile burlane PVC albastre de tubaj Deosebim două tipuri de sisteme de filtrare: - simple folosite atunci când roca în care este forat puţul este mai stabilă ; - cu pietriş mărgăritar cu granulaţia g=3..5mm în spaţiul inelar dintre tub puţul forat, grosimea stratului filtrant, minim 50…100mm pe rază (se folosesc în cazul cercetării sau exploatării unui orizont acvifer cu nisipuri fine); Aceste filtre se realizează la suprafaţă sau în puţ. La filtrele ce se execută la suprafaţă, procedeul de execuţie constă în introducerea pietrişului mărgăritar între doua filtre simple, metalice, concentrice. Detalii referitoare la tipurile de filtre se găsesc în Anexa 4

Decantorul Decantorul este partea inferioară a coloanei filtrante şi are ca scop decantarea nisipului ce intră din strat în puţ, în timpul exploatării sau pompărilor experimentale. Decantorul este constituit, în cel mai simplu caz dintr-un PVC obişnuit de tubaj (cu mufă, filet şi garnitură) cu lungimea de 4..5 m, ataşat la baza coloanei de tubaj, între şiul de capăt şi tubul de filtraj SCREEN. Detalii referitoare la decantor sunt date în Anexa 5

2.1.10. Punerea în producţie a puţului forat

Desfăşurarea operaţiunilor pentru punerea în producţie a puţului forat, sunt cuprinse în cele trei faze (decolmatare, deznisipare, pompare experimentală şi testare). Factorii de care depind alegerea operaţiunilor în programul de lucru sunt redaţi în ANEXA 5

COLMATAREA.

Colmatarea se caracterizează prin micşorarea permeabilităţii stratului acvifer din jurul puţului ca urmare a operaţiilor de foraj, când calitatea fluidului de foraj şi diferenţa de presiune dintre acesta şi strat permit intrarea fluidului în stratul acvifer. Detalii referitoare la Colmatare se găsesc în ANEXA 5.

DECOLMATAREA

Prima fază de punere în producţie pentru puţurile la care stratul acvifer a fost traversat cu noroi de foraj este decolmatarea. La puţurile pentru apă, la care stratul acvifer nu a fost traversat cu fluid de foraj, nu este nevoie de această fază, deoarece apa din strat, la intrarea în gaura de puţ, nu întâlneşte rezistenta produsă de colmatare. Detalii referitoare la Decolmatare se găsesc în ANEXA 5.

DEZNISIPAREA

După terminarea decolmatării urmează a doua fază de punere în producţie a unui puţ forat pentru apă şi anume Deznisiparea. Prin deznisipare se înţelege pomparea în care particulele mici de nisip sunt extrase şi eliminate din stratul de apă, iar particulele mai mari rămân în jurul filtrului, formând un filtru natural. La pompările următoare, de testare, de exploatare sau experimentale, filtrul natural protejează filtrul introdus în puţ, împotriva înfundării. Pomparea în timpul deznisipării se face intens, debitul de apă extras din puţ fiind mai mare decât debitul maxim viitor, de exploatare sau pompare experimentală, cu aproximativ 25%. Durata necesară de pompare depinde de structura stratului acvifer. În lipsa unui strat impermeabil deasupra stratului acvifer, sau în cazul unui înveliş slab, o extragere prea mare a particulelor de rocă poate provoca deplasarea rocilor de-a lungul puţului, făcând inactivă o parte din suprafaţa filtrului. Detalii referitoare la deznisipare şi procedee de deznisipare se găsesc în ANEXA 6.

2.1.11. Lucrări premergătoare punerii în exploatare a puţului forat

Pentru a pune în exploatare un puţ forat, este necesar să se execute în prealabil următoarele lucrări: · construirea cabinei puţului; · montarea pompei de exploatare cu echipamentul ei auxiliar, mecanic şi electric; · instituirea zonei de protecţie sanitară.