Construcción de Pozos: Toma de Muestra, Registros, Filtros y Cementaciones DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE UN FILTRO

Transcripción

1 SECCIÓN 3: FILTROS O REJILLAS DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE UN FILTRO También se le conoce a los filtros con el nombre de rejillas, término cada vez menos utilizado. Es un elemento tubular, que permite el paso de agua libre de arena, al interior de la perforación, debiendo originar la mínima pérdida de carga. Pueden ser metálicos, de PVC, y de material silíceo aglomerado Los metálicos son los más usuales, son tubos con los diámetros convencionales utilizados para entubar, pueden ser troquelados, con secciones circulares, rectangulares o disponiendo ranuras en forma de puentecillo, con ranuras continuas a lo largo de la sección. Los de ranura continua, consisten en anillos circulares o poligonales soldados eléctricamente a alambres longitudinales perpendiculares a la sección. Los anillos presentan mayor espesor hacia el exterior que al interior, su sección suele ser trapezoidal (fig. 3.36). Se emplea en acuíferos de naturaleza detrítica. fig Parte de una rejilla de ranura continua de acero inoxidable, diámetro 100 mm El filtro o rejilla de puentecillo, es una tubería que presenta las características de la figura Llevan pasos entre las aberturas laterales calibradas desde 0,5 hasta 8 mm (fig. 3.38). Página 1 de 1

2 fig Vista parcial de una tubería o filtro de puentecillo fig Desarrollo lateral y fórmula para calcular el porcentaje de área abierta(superficie de paso) Tubería troquelada, sobre una tubería normal con troquel se efectúan rectángulos previamente definidos para conseguir, respecto al total de la superficie, la sección necesaria de paso del flujo y poder conseguir una velocidad de entrada al interior del pozo de 3 cm/s. Página 2 de 2

3 No suelen emplearse como filtros de arena. Su uso está indicado en formaciones consolidadas como, calizas, dolomías, basalto, su papel es de revestimiento, evitando derrumbes que puedan dañar la bomba. Es frecuente que los constructores de pozos suelan ranurar la tubería normal de revestimiento con soplete. Supone un grave riesgo utilizar este tipo de tubería, por que difícilmente respondan a un correcto funcionamiento, obteniéndose mayores pérdidas de carga, en el paso del agua desde la formación al interior del pozo. Los de PVC son del tipo PVC-O, (policloruro de vinilo con molécula orientada), son tramos cortos muy resistentes a esfuerzos de comprensión y tracción, pueden ser perforados o ranurados. Son de reciente fabricación. Los de material silíceo, suelen estar constituidos por arena silícea cementados entre si con resina epoxi y adosado a un tubo cromado de acero perforado. Presentan el inconveniente de su fácil colmatación y la posterior dificultad de poderlos limpiar. El filtro debe tener las siguientes características: - espaciado suficiente de las ranuras, para conseguir máxima área abierta sin deteriorar la resistencia necesaria a la compresión y facilitar al máximo el desarrollo del pozo. - la naturaleza del material con que se ha construido debe ser eficaz frente a los ataques químicos, atendiendo a la calidad del agua explotable. Incluso debe ser resistente a los tratamientos posteriores con ácidos o sales para su desarrollo, eliminación de la incrustación o estimulación ulterior. DISEÑO DE UN FILTRO El filtro puede colocarse con o sin empaque de gravilla, material suelto que rellena el anular entre entubación y taladro de arena gruesa o gravilla silícea. Cuando se emplea el tipo de filtro cementado con resina epoxi, no suele utilizarse empaque. Página 3 de 3

4 Para determinar un filtro se necesitan fijar los siguientes características: - paso de ranura - diámetro - longitud - material a emplear Paso de la ranura Es la abertura necesaria que ha de tener la ranuración, para evitar el paso de arenas. Para ello es necesario disponer de un análisis granulométrico, representativo de la formación arenosa, que deseamos retener. Para definir un filtro, sin empaque, debe verificarse que la dimensión de la ranura debe estar comprendida entre el 40 ó 50 % de la dimensión del valor retenido, correspondiente a la curva granulométrica obtenida de la formación detrítica atravesada que pretendemos retener. En la figura 3.41 la abertura estaría definida entre 0,42 y 0,5 mm. El valor del 40 % se suele elegir cuando el agua no es corrosiva. Diámetro Para fijar el diámetro de una rejilla, hemos de tener en cuenta el diámetro de la perforación y la velocidad de entrada del agua, que se cifra en 3 cm/seg. Velocidades mayores pueden producir incrustaciones, aun cuando el contenido de minerales del agua sea normal. El diámetro debe ser función del caudal presumible que se vaya a explotar, teniendo en cuenta la ecuación de continuidad Q = S. V (Q = caudal, S = sección, V = 3 cm/s). Longitud Viene impuesta por el espesor o espesores de los acuíferos. Como criterio general, puede decirse que en rejillas de hasta 15 m debe colocarse un filtro que suponga el 70 % de espesor del acuífero. Para valores superiores se suele tomar 80 % del espesor del acuífero. Conviene tener en cuenta, que una rejilla larga disminuye la convergencia del flujo, produciendo menos depresión que una rejilla de menor longitud, aumentando por tanto la capacidad específica. Página 4 de 4

5 Material a emplear El material a emplear depende de las siguientes variables: - composición química del agua - carga a soportar por la rejilla - tratamientos posteriores de la perforación Las aguas no duras suelen producir corrosión. Las aguas duras son más problemáticas, tienden a precipitar el Ca ++ entre las aberturas, produciendo incrustación. Parte de estos inconvenientes, se eliminan con filtros galvanizados o de acero inoxidable. Atendiendo a los precios lineales de estos filtros, es interesante un estudio económico previo, considerando todas las facetas del problema. COLOCACIÓN DE FILTROS Atendiendo al comportamiento hidráulico del acuífero, podemos establecer los siguientes criterios orientativos. Acuífero libre Instalar la rejilla en la base del acuífero con una longitud adecuada. Si existen distintas formaciones con diferente litología y hay conexión hidráulica entre todos ellos, considerar todo el espesor como un acuífero, a excepción de las arenas, en el que será necesario colocar un filtro atendiendo a lo expuesto en el apartado longitud del filtro. Si las arenas son suprayacentes a los conglomerados, conviene prolongar La parte correspondiente a las arenas en unos 60 cm para evitar que se infiltren (fig.3.39). Página 5 de 5

6 fig Explicación gráfica de la conveniencia para prolongar el filtro en un acuífero detrítico Acuífero confinado Si existe un solo acuífero, se colocará una rejilla que cubra el 70 u 80 %. Si el acuífero fuera un conjunto de acuíferos (multicapa), o es un acuífero de gran potencia, colocar rejillas en tramos separados colocándolos tal como en la figura 3.40 Página 6 de 6

7 fig Disposición de las rejillas en un acuífero de gran espesor EMPAQUE DE GRAVA Consiste en colocar grava en el anular comprendido entre la rejilla o tubería filtrante y el taladro realizado. Las ventajas que presenta su utilización son las siguientes: - estabiliza los materiales constitutivos del acuífero - permite mayor abertura de filtro - disminuye a veces la velocidad de entrada del agua en el pozo - establece con facilidad un régimen laminar - disminuye y retrasa los problemas de incrustación en aguas duras Página 7 de 7

8 Características granulométricas de un empaque El empaque de grava que hayamos de colocar irá en función de la curva granulométrica de las arenas obtenidas durante la perforación. fig Página 8 de 8

9 Para ello, procedemos de la forma siguiente: - Se multiplica el valor retenido del 70 % por 4 ó 6. Se utiliza el 4 si el material de la formación es más bien fino y 6 si es grueso. Así obtenemos el punto A de la figura El punto A es un punto de la curva granulométrica del empaque. - Por este punto, ha de trazarse una curva granulométrica de coeficiente de uniformidad 2 ó 2,5 (coeficiente de uniformidad es la relación existente entre el valor retenido del 40 y el 90 %,es un índice de la distribución de los materiales). El trazado de la curva granulométrica lo realizamos de la siguiente manera: - El valor del segmento AA dividido por 2,66 (fig. 3.41) nos proporciona el segmento a. A partir del punto A, del cual debe partir la vertical que corte a la horizontal que pasa por 90 % obtenemos B, otro punto de la curva. Si el coeficiente de uniformidad es 2; AA habría que dividirlo por 3,5, operaremos igual que anteriormente. - Con los puntos B y A podemos trazar la recta BA. Prolongando la recta que pasa por 40 % obtenemos el punto C, otro punto de la curva. Con los puntos B, A y C tenemos definida la granulometría. Adjuntamos como ejemplo la figura 3.42, donde se han determinado para coeficientes 2 y 2,5. Abertura de la rejilla El empaque colocado debe retener como mínimo el 90 % del árido colocado. La abertura del filtro por tanto, será el 90 % del valor retenido, correspondiente a la curva granulométrica del empaque de grava. En la figura 3.42, para coeficiente 2,5 la abertura es 1,54 mm para coeficiente 2, es 1,77 mm. Espesor y altura del empaque Las experiencias de laboratorio, ponen de manifiesto que el espesor del empaque no debe ser inferior a 75 mm, ni superior a 200 mm. Página 9 de 9

10 La altura del empaque debe ser de varios metros por encima de la situación de los filtros. Se suele situar hasta la superficie. fig Página 10 de 10

11 Colocación del empaque Se suele colocar el empaque con una tubería que penetre en el anular de la perforación, puede ser desde 1 de diámetro que tiene en su extremo superior un embudo, se vierte el árido en él y al mismo tiempo, se añade agua para obtener cierta fluidez. Otro método menos frecuente, es emplear una tubería auxiliar, partiendo directamente sobre el anular e ir levantando la tubería, en este caso se requiere realizarlo con equipo de tracción. Características de un buen empaque El material a emplear debe ser limpio, liso, rodado y muy uniforme. Su naturaleza debe ser silícea y no contener más de un 5 % de granos calizos. Éste criterio está justificado en el caso de que sea necesario un tratamiento posterior con ácido, parte de él se consumiría en el ataque con el carbonato. El Albense de la zona centro en España, suele proporcionar buenos yacimientos silíceos para empaque de gravas. Página 11 de 11