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Limpieza y Desarrollo de una Captación de Agua Subterránea

PRIMERA PARTE

  1. Introducción.
  2. Tipos de Captaciones.
  3. Métodos de desarrollo. Herramientas.
  1. Introducción.

Siguiendo con la serie de artículos relativos a la construcción de captaciones de agua subterránea, comentaré en este, algunos aspectos clave sobre los trabajos posteriores a la finalización de las tareas constructivas en la captación, como son la limpieza y el desarrollo del pre-filtro y entorno de la captación para eliminar recortes de la propia perforación y finos en suspensión de la formación; aumentar la permeabilidad de la zona próxima a las paredes del taladro y limpiar y compactar el pre-filtro de gravas en el caso de que se haya instalado.

A esta fase de los trabajos, habitualmente no se le da la importancia que realmente tiene, y en algunas situaciones se limitan a dedicar algunas horas sin mucho rigor e interés para cumplir con las bases técnicas.

Este artículo tiene la misión de dar información técnica sobre la importancia de estos trabajos y dar algunas recomendaciones sobre la forma de llevarlos a cabo, dependiendo de las características de las formaciones captadas y el tipo de captación ejecutada.

  1. Tipos de Captaciones.

A la hora de definir la limpieza y el desarrollo de las captaciones podemos dividirlas en dos tipos. Las que tienen un pre-filtro de gravas y las que no. Esta división parece simple pero se corresponde con la litología de la formación atravesada.

Se instalará un filtro de gravas en aquellos taladros que atraviesen formaciones no consolidadas, como rocas sedimentarias no competentes, arenitas, aluviales no cementados, gravas, arenas, etc. Estas formaciones suelen presentar gran caudal y como consecuencia del mismo pueden aportar junto al caudal aflorado,  materiales finos de la formación o restos de la perforación.

Por otra parte, no se instalará filtro de gravas, en formaciones de rocas duras y competentes, como rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias duras, como calizas, mármoles, conglomerados, areniscas, etc. Estas rocas, no presentan habitualmente material movilizable, salvo el caso de fisuras o fracturas que puedan contener material triturado o restos de solubilización.

La forma de ejecutar la limpieza y el desarrollo en cada tipo de captación es diferente,  tanto en tiempo como en forma. Incluso dentro de un mismo tipo de captación, la variabilidad del proceso puede ser importante, no hay un estándar fijo a aplicar.

Así, con la información obtenida durante la construcción, se diseñará un plan de desarrollo y de acuerdo a la evolución del mismo, se extenderá más o menos en tiempo, con el objetivo de obtener agua clara al máximo de producción de la captación.

  1. Métodos de desarrollo. Herramientas.

Como cuestión inicial, es muy importante tener en cuenta durante la construcción  del sondeo, la necesidad posterior, de extraer todo el lodo y los recortes de perforación producidos, que puedan haber quedado atrapados en los poros de la formación. Para esto, el control del lodo durante la perforación y la utilización de productos que permitan luego, la extracción con la máxima facilidad posible son cuestiones básicas para que los trabajos de limpieza y desarrollo, no se eternicen y tengan un coste económico contenido dentro de las estimaciones iniciales.

Los métodos de limpieza y desarrollo más comunes son los siguientes:

Pistoneo

Pistoneo combinado con inyección.

Doble pistoneo combinado con inyección.

Doble pistoneo combinado con air-lift.

Hidro-Jet.

Air-lift.

3.1. Pistoneo.

Este método consiste en impulsar un flujo de agua dentro del pozo por la acción de un pistón ajustado al diámetro interior de la rejilla, el cual lleva unos sellos, bien de caucho bien de cuero, para forzar al agua a salir y a entrar por la rejilla dentro de un movimiento de vertical alternativo. Cuando el pistón sube se fuerza la entrada de agua, y cuando el pistón baja se provoca la salida del agua a través del filtro.

Es un método efectivo que va consiguiendo la eliminación de los finos en el pre-filtro de grava y permite la acomodación de los granos semiesféricos de la grava adecuando la permeabilidad y reduciendo la amplitud de los huecos y canales.

Cada cierto tiempo de pistoneo es necesario limpiar el interior debido al embanque producido por decantación del material fino extraído del pre-filtro.

Esta técnica es utilizada en equipos de percusión habitualmente, ya que disponen de un movimiento vertical efectivo y una capacidad de extraer el fino embancado con la cuchara ágilmente.

3.2. Pistoneo combinado con inyección.

Se trata del mismo tipo de trabajo, pero añadiendo una inyección de agua que puede contener algún producto químico que ayude en la movilización de los finos.

En la figura, se puede ver la acción del pistoneo, que puede estar combinado con una inyección.

3.3. Doble pistoneo combinado con inyección.

Se mantiene el mismo principio de la acción del pistón con inyección, pero la inyección se produce entre dos pistones separados por un tubo con salida de fluido entre ambos.  Consigue una mayor efectividad forzando al flujo de agua a circular por la zona elegida. Puede añadirse algún producto químico para mejorar la movilización de los finos.

La figura representa el esquema de flujo de esta configuración. Tiene el inconveniente que el material fino debe llegar a superficie con el fluido inyectado, y a veces esto no puede ocurrir, por lo que el método no es aplicable en cualquier situación.

3.4. Doble pistoneo combinado con air-lift.

Se trata de mantener el mismo esquema del doble pistón separado por un tubo con taladros, pero el flujo en este caso se produce a la inversa. El agua de la formación entra a través del pre-filtro entra la zona de los émbolos preferentemente y por los taladros de la tubería, circulando hacia arriba por dentro de la misma debido a un air-lift que se produce dentro de la propia tubería por medio de una línea de educción o barra de doble pared.

En este sistema se consigue que el flujo sea preferentemente de la zona a desarrollar, pudiendo modificar la presión de abatimiento, cambiando la altura del punto de emulsión e invirtiendo el recorrido del flujo operando sobre la llave de paso de superficie. De esta manera tenemos un sistema que permite flujos de salida y entrada con volumen variable y desarrollo de zonas concretas de la captación. El volumen que se extrae de la sección entre émbolos es muy alto comparativamente con la sección de rejilla,  con lo que se consiguen velocidades del agua de entrada también muy altas con fuerte gradiente y gran capacidad de arrastre. Por esto, este sistema es uno de los más efectivos y preferidos habitualmente por los responsables técnicos del proyecto.

Hay que tener muy en cuenta las resistencias de las tuberías y cribas a la hora de aplicar este método, y calcular bien los gradientes hidráulicos a aplicar, para mantener la integridad de las tuberías y rejillas en desarrollo.

En la figura se representa el esquema de funcionamiento de los flujos durante el proceso de air-lift. Dependiendo de la profundidad a la que se sitúe la línea de educción, el gradiente hidráulico será mayor o menor.

3.5. Hidro-Jet.

Se basa en la acción de un chorro de agua a alta presión hacia fuera de la rejilla, que moviliza los finos. Este se puede combinar con una aspiración mediante air-lift o no.

La ventaja de este sistema está en que permite la movilización de partes de lodo fijas y sin posibilidad de disolución por agentes químicos. Permite aplicar mucha energía muy localizada y movilizar cualquier fracción adosada a la criba o entre el material granular. Lo más efectivo tras una acción de Jet, es aplicar otro método que provoque salida de agua de la captación, como un air-lift para terminar de extraer todos los elementos movilizados o combinar la acción de los dos sistemas para conseguir los efectos simultáneos.

En la figura se representa la circulación del jet y la impulsión de fluidos mediante tubería de inyección. También puede combinarse con air-lift para en lugar de impulsar con fluidos, aspirar que es más efectivo.

3.6. Air-lift.

Se basa en la inyección de aire en algún punto de la columna del sondeo, provocando una emulsión de aire/agua que baja la densidad de la columna y como consecuencia de esta, se produce una entrada de agua de forma masiva procedente de la formación y un flujo vertical ascendente de la emulsión hasta superficie.

Para que este sistema sea eficiente, se tiene que dar una relación de sumergencia mínima, la cual se refiere a que la profundidad donde se realiza la emulsión, medida desde el nivel de agua hasta el punto de emulsión, sea al menos el doble de la profundidad a la que está el nivel de agua dentro del sondeo. Por otra parte, la velocidad del aire en la sección anular de circulación no debe ser inferior a 10 m/seg.

Este sistema permite la evacuación masiva de agua del sondeo, con gran capacidad de arrastre.

La particularidad del sistema, es tener en cuenta que las cargas hidrostáticas transmitidas contra la tubería pueden sobrepasar la resistencia de la misma, provocando el aplastamiento de toda la columna. Se debe tener gran cuidado a la hora de emulsionar un sondeo debido a este efecto. Existen numerosos ejemplos de estas situaciones que arruinan por completo la obra.

Las herramientas utilizadas en los métodos anteriores se detallan a continuación:

Embolo simple. Puede estar fijado a un trépano, a una cuchara o a una barra de peso, según el tipo de máquina perforadora. En el caso de un equipo a percusión se suele adosar al trépano, para que el movimiento alternativo de subida y bajada sea eficiente.

Cuando la acción del émbolo se combina con la inyección de agua, ya sea de forma simple o doble, se utiliza una sarta de barras de perforación con el émbolo en la parte inferior.

Si el sistema de desarrollo se realiza mediante doble émbolo y air-lift, la herramienta debe permitir la entrada de un caudal de agua importante para la sección de rejilla situada entre los dos émbolos. En este caso, el uso de una barra doble de reverso inundado de gran capacidad es indispensable. La separación entre émbolos es variable. Se tiende a configurar la herramienta en función de la capacidad de descarga del sistema de doble barra utilizado. Si el sistema es de gran diámetro interior, el cual permite un caudal de reverso significativo la distancia entre los émbolos será mayor. Si se utilizan barras de aire reverso con un interior de 2”, la distancia será menor. Para dar una idea sobre esto, si se utiliza una barra doble de 5” de descarga libre interior, la distancia entre émbolos puede estar entre 1 y 1,5 mts. En caso de que sea barras de aire reverso estándar, la distancia debería ser como máximo de 0,75 mts.

Una característica de esta herramienta es que puede equiparse con rascadores de alambre o cepillos, que con un poco de rotación y/o movimiento vertical pueden hacer mucho más efectiva la movilización de la fracción adosada a la cañería y la rejilla.

 

Por Lino Del Campo Castañeda

Director Técnico ATI trade.