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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA
Casa abierta al tiempo IZTAPALAPA
DIVISION DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA Y PROCESOS HIDRAULICOS
NOTAS DE DISEÑOS Y CONSTRUCCIóN DE POZOS.
TESIS PRESENTADA POR
MONTERO AGUIRRE SAUL MATRICULA : 9 132009 1
GUADARRAMA BRIT0 MARIA EVA MATRICULA : 923 19063
PARA LA OBTENCI~N DEL GRADO DE
ING. HIDR~LOGO
DR. LEONARD0 TRAVER GUEZ.
.- .c
NOVIEMBRE DEL 200 1
INDICE
2 2 5 9 4 6 Pág .
I
i i 1
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diseño del pozo de bombeo .....................................
Diseño de la cámara de bombeo ................................
Sección de captaclon .............................................
Engravado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Selección del relleno de grava ..................................
. .
. .
........................ 2
......................... 5
......................... 6
......................... 8
........................ 11
........................ 12
Colocación del Material de Relleno ..................................................... 17
Cementaclon ................................................................................. 18
Verticalidad y Alineación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Zona de Admisión de Agua en los Pozos ............................................... 23
ReJ Illas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
. .
..
Métodos de Instalación de Rejillas en los Pozos con relleno de grava .............. 27
Lavado Primario del Pozo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Tratamiento con Dispersores de Arcillas ................................................ 29
Desarrollo y estimulación de los pozos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Generalidades de la curva de aforo ....................................................... 48
Mediciones del nivel de Agua ............................................................. 60
Corrosión e Incrustación de Pozos.. . . . . . . . . . . . . . , . . . , . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . .
Pág.
. . . . ..66
Importancia de la composición Química del Agua.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , .77
El costo de la construcción de un Pozo.. . . . , . . . . . . . . , . . . . . . . . . . , , . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
Resultados y conclusiones.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..S3
Recomendaciones.. . . . . . . . , . . . . , . . , . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . , . . . . . . . ... 84
Btbllografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 5 . .
Es normal que un pozo de agua pierda su productividad en forma gradual, a través de
periodos de meses o años, tiempo suficiente para darse cuenta del problema y diagnosticar
su origen para inmediatamente programar y aplicar medidas correctivas.
La operación y mantenimiento de los pozos, actividades durante las cuales se presentan
precisamente los problemas mbs serios, se deriva en información que retroalimenta a otras
actividades tales como diseño y construcción de pozos, cuyos criterios y métodos deben ser
sujetos a revisiones constantes en función de los problemas que se presentan durante la
operación y mantenimiento.
La perforación de pozos para riego en zonas rurales, se ha realizado sin las debidas
recomendaciones, muchos de estos pozos carecen de las técnicas y estudios adecuados para
funcionar al 100% de eficiencia, no cuentan con mediciones o registros de estratificación,
no cuentan con piezómetros, no tienen por donde poder introducir la sonda para determinar
la prohndidad donde se encuentra el nivel freático estático, los perforadores se dedican a
llevar acabo la perforación muchas veces sin conocimientos necesarios, los campesinos
desconocen los procedimientos requeridos para el buen funcionamiento del pozo, muchas
veces la bomba no corresponde a las características necesarias para la extracción o están
pasadas de potencia, la selección del tipo de perforadora, el ademe, filtro, ranurado del
ademe, etc, son elementos o parámetros desconocidos por los técnicos. 3
AI paso del tiempo el pozo empieza a fallar debido al mal o mala selección de los
elementos anteriores, haciendo con esto un pozo deficiente, cabe comentar que muchos de
estos pozos fueron construidos debido a cuestiones políticas.
El siguiente estudio es para tener una idea básica sobre la importancia de los pozos, para
esto se recurrió al acopio de información técnica la cual servirá de apoyo, consulta y
aportación para la mejor orientación y cuidados de los pozos que actualmente se encuentran
funcionando en la cuenca del valle de México.
3
Metodología
La metodología empleada fue en dos etapas, primera el conocer el estado actual de los
pozos en campo agrícola y segundo en base a la primera ya en gabinete, recabar la
información pertinente y básica, para operar los procedimientos correspondientes de los
pozos y con esto conseguir la optimización en el funcionamiento y mantenimiento de los
pozos establecidos.
Los cuales podrán ser operados con mayor eficiencia y conocimiento.
4
DISEÑO DEL POZO DE BOMBEO
El pozo es la captación preferida para suministrar el agua destinada al consumo humano y a
unidades de riego, en cuanto a calidad de agua y flexibilidad de explotación. Una obra
tradicionalmente menospreciada trata con descuido desde su proyecto hasta su operación, la
cual suele tener efectos negativos muy variados en su funcionamiento de extracción de
arena, asolvamiento, colapso, dislocación y desgaste prematuro de su equipo de bombeo,
baja eficiencia hidráulica, mala calidad de agua, caudal de creciente. A su vez se traduce en
corta vida útil y alto costo de operación del pozo.
5
DISEÑO DE LA CÁMARA DE BOMBEO
Cámara de bombeo:
La cámara de bombeo es la parte del pozo en que se instala el cuerpo de impulsores
(tazones). Su longitud (Lcb) se calcula por medio de la expresión.
L c b = P n e + A n e + A q + 3 0
En la que: Pen es la profundidad al nivel estático; h e , es el abatimiento esperado del nivel
estático durante la vida útil del pozo; Aq, el abatimiento probable en el interior del mismo,
provocado por la extracción del caudal de operación considerado. La longitud adicional de
30m se agrega para la colocación de la "pichancha", la tubería de succión y el cuerpo de
tazones con la sumergencia mínima indispensable durante toda la vida útil del pozo.
La posición del nivel estático (Pne) se obtiene de la medición de esté nivel en pozos
cercanos o de plano más reciente que represente la configuración de la profundidad del
nivel estático de la arena.
El comportamiento regional del acuífero se puede conocer por medio del plano que
represente curvas de igual evolución del nivel estático. A partir de las cuales se estiman los
valores del abatimiento medio anual en las arenas seleccionadas para emplazamiento de 6
pozos. Multiplicando estos valores por una vida útil de 15 años se determina el abatimiento
probable del nivel estático durante ese lapso (Ane).
Para reducir el abatimiento provocado por la propia operación del pozo (Aq) se divide el
caudal esperado entre el caudal especifico local (Qe), esto es:
Los caudales específicos se calculan con base en el caudal y el abatimiento de pozos
cercanos; en sus valores se debe considerar la interferencia de pozos circunvecinos.
La cementación tiene por objeto proteger al pozo de la entrada de agua contaminante
procedente de la superficie o estratos someros.
Caudal medio por pozo (Q)
A esté diámetro se agrega una longitud de 10.2 a 15.2 cm (4" a 6") para obtener el diámetro
mínimo de la cámara de bombeo PC) suficientes para alojar con holgura el cuerpo de
impulsores. El diámetro mínimo del agujero @p)se calcula sumando 15.2cm (6") al
diámetro de la cámara de bombeo, longitud suficiente para dejar un espacio anular de
7.6cm (3").
7
SECCIÓN DE CAPTACI~N
Para que la velocidad de entrada no rebase el valor limite apuntado, el área abierta del
cedazo (h)debe ser, como mínimo, la dada por la expresión:
El área abierta por unidad de la longitud (Au) esta dada por:
donde la longitud del cedazo (LC) se fija atendiendo el espesor de los acuíferos. Si estos
son de gran espesor se asigna un valor inicial de LC, de tal manera que se copie una
fracción significativa del mismo para reducir efectos de penetración parcial. Si el acuifero
es delgado, se le asigna un valor de LC aproximadamente igual al espesor de aquel.
La abertura de las ranuras esta determinada por la granulometría del filtro de grava, que a
su vez depende de la granulometría de los acuíferos.
El diámetro del agujero en la sección de captacion se fija de 10.2 a 15.3cm (4" a 6") mayor
8
que el diámetro de cedazo para dejar un espacio anular de 5.1 4 7.2cm (2" a 3") en el cual
se coloca el filtro de grava.
Bastante más simple es el diseño de los pozos construidos para captar rocas consolidadas
fracturadas, como los derrames basálticos que se encuentran en algunas porciones del Valle
de México.
Cuando estas rocas no están intercaladas con estratos deleznables (materiales aluviales o
piroclásticos) puede dejarse el pozo sin entubar, aunque en todo caso es conveniente
instalar contra-ademe cementado para la protección sanitaria de la captación.
La terminación del pozo esth determinada por su diseño y puede considerarse como la
segunda etapa constructiva.
Consiste en los trabajos siguientes:
1) Aplicaciones.-
Se lleva a cabo mediante herramientas conocidas como ampliadores o rimas, en cuyo
extremo inferior se coloca una barrena guía del mismo diámetro que el agujero
exploratorio con objeto de enviar desviaciones y de extraer los cortes de la ampliación.
2) Ademado.- 9
Consiste en la colocación de la tubería en el interior del agujero.
3) Cementaci6n.-
La cementación tiene el doble objetivo de estabilizar el terreno y de prevenir el ingreso
al pozo de agua superficial de mala calidad.
10
ENGRAVADO
Esta operación consiste en la colocación del filtro de grava en el espacio anular
comprendido entre el ademe y la pared del pozo.
A continuación se introduce en el pozo siguiendo el procedimiento siguiente:
a).- Se prepara lodo de perforación con viscosidad de 35 seg. del viscosímetro Marsh-
Funnel.
b).- Una tubería de perforación franca se introduce por dentro del ademe hasta que su
extremo inferior quede ligeramente arriba del fondo del pozo, y se circula lodo para extraer
61 azolve y el lodo pesado que se asienta en la parte inferior del pozo.
c).- Manteniendo la circulación del lodo se inicia el engravado vertiendo lentamente la
grava en el espacio anular por medio de palas.
La circulación inversa presenta la ventaja de que el flujo del lodo favorece el descenso de la
grava.
11
SELECCIóN DEL RELLENO DE GRAVA
a) Distintos métodos.
Coeficiente de uniformidad: razón del tamaño d a al tamaño dl0 del material, el coeficiente
de uniformidad se define por la razón d40 I d90
Tamaño efectivo.
Tamaño del tamiz que requiere el 90% de las arenas del acuífero, o que deja pasar el 10%.
Los métodos aplicados mas comúnmente son(Hunter Blair, 1968)
1) Empleo de formulas de drenaje.
Según Terzaghi
Según Fuchs
d,,macizo < 4 <
d,,macizo d,,aczrlfero d,,acuifero
12 < d,,macizo d,,acui$ero
< 40
12 < d,,macizo d,,acuifero
12
2) Método de Bieske (1 962)
Para el material del acuífero se define un tamaño tipico de los granos dl, el tamaño
homogéneo de los granos del material del macizo a colocar se obtiene multiplicándole
tamaño típico de los granos del material del acuífero por un factor de filtración, cuyo valor
es mayor incremento de tamaño de grano que aún evita que los del acuífero atraviesen el
macizo.
3) Método de Nold mold et alt. 1962)
4) Método de Vtow (1 962)
Este método sugiere que la curva del macizo de grava debe pasar por los puntos
correspondientes a 5 veces el diámetro que representan los puntos d85, dso y dl5 del acuífero.
Además el tamaño dl5 del relleno debe ser menor que 5 veces el d85 del acuífero.
5) Método de Kruse(1960)
Este método considera la relación MA. Que es el cociente entre los tamaños de granos
para el macizo y el acuífero para el 50% de retención en peso.
Los datos experimentales muestran que: 13
a) Ocurre menos movimiento de las arenas del acuífero cuando se utilizan
macizos uniformes que cuando éstos son uniformes a igualdad de M A .
b) Para razones M / A bajas, el movimiento inicial de armas aumenta con el
coeficiente de uniformidad del acuífero.
c) Si el cociente M / A es elevado, el movimiento de arenas es tanto menor
cuando más uniforme sea el acuífero.
6 ) Método de Fuchs.
Este método es aplicable preferentemente a acuíferos no uniformes. Las características
granulométricas de la curva del macizo de grava se determinan de acuerdo con las
siguientes relaciones:
a) d50 del macizo = 4 * d ~ del acuífero.
b) dso del macizo = (1 0/16)d5o del acuífero, según su coeficiente de uniformidad.
14
7) Método de Jonson( 1966).
Este método es 61 mas apropiado cuando se utilizan rejillas de ranura continua. Se elaboran
las curvas granulométricas de cada estrato del acuífero, se determina el estrato formado por
el material más fino y la clasificación del relleno de grava se selecciona en base a la curva
granulométrica de dicho estrato del modo siguiente:
Se multiplica el tamaño correspondiente al 70% retenido (d30) por un factor entre 4 y 9.
b)Macizos de gravas miltiples.
El empleo de varios macizos necesita de una perforación de mucho mayor diámetro y
además, al ser grande el espesor de las gravas se dificulta el desarrollo correcto del
acuífero.
Por otro lado la experiencia demuestra que es extremadamente difícil construir un pozo con
un relleno múltiple formado por capas concéntricas de materiales de distintos tamaños,
además de ser notablemente caro.
c) Características del material adecuado para el relleno de grava
Un material adecuado para el relleno de grava a de ser limpio, bien rodado, liso y
relativamente uniforme. Las características indicadas del material de relleno, tienden
también a aumentar su porosidad y permeabilidad, lo cual es muy conveniente. La mayoría
de los fracasos en los rellenos proviene de una selección inadecuada de su grava. 15
d) Espesor adecuado del macizo de grava.
Los rellenos colocados artificialmente deben tener una gama de espesores entre 8 a 20 cm.
el limite inferior lo determina la dificultad de colocar satisfactoriamente el relleno.
Las consideraciones técnicas son:
1. Existe la posibilidad de que los depósitos de materiales finos obstruyan los
huecos en un relleno de mayor espesor debido a la fuerte disminución de la
velocidad de entrada del agua.
2. Es dificil desarrollar debidamente un relleno de gran espesor; cuanto menor sea
el espesor del relleno de grava mas seguridad se tiene de poder extraer todo el
material fino.
3. Un relleno de mayor espesor no reduce la posibilidad de bombear arena lo que
controla esta posibilidad es la relación entre el tamaño de grano del material de
relleno y las partículas de la formación.
Las condiciones especificas son:
l. La cantidad de material necesario para un relleno de mayor espesor.
2. Los costes de perforar con un diámetro mayor. 16
3. El aumento relativamente pequeño de la eficiencia del pozo que
resultaría de utilizar un relleno de mayor espesor.
e) Relación de permeabilidad
El macizo de grava artificial ha de tener una permeabilidad mucho mayor que la formación natural que
sea de controlar. La permeabilidad de la grava es tanto mayor cuanto más homogéneo sea el tamaño de
grano, puede ser mejor una grava fina homogénea que una grava gruesa muy heterométrica.
COLOCACION DEL MATERIAL DE RELLENO.
Lo principal en la colocación del relleno es evitar la segregación de los granos y la
formación de “puentes”.
Las partículas mayores descienden con mas velocidad que las más finas, formándose capas
de material fino y grueso entre la formación acuífera y la rejilla.
Para colocar macizos en pozos profundos, se lleva el relleno aí fondo mediante la
circulación inversa del fluido para aplicar este método se debe tener el sondeo lleno,
mientras se bombea fluido por la parte inferior del entubado.
A fin de que no se produzca una separación por tamaños del material del macizo, la
velocidad de la comente descendente por el espacio anular debe ser aproximadamente igual
a la velocidad de caída de un grano de grava a través de un liquido de reposo.
17
CEMENTACIONES
Finalidad de la Cementación.
La principal finalidad de una cementación es la unión de la tubería de revestimiento con la
pared del pozo. Con ello se consigue: evitar que las aguas superficiales contaminen los
acuíferos; evitar la comunicación de un acuífero utilizable con otro u otros contaminados o
que constituyan un horizonte perdido, o que no se pretendan utilizar, aumentar la
resistencia mecánica y a la corrección de las tuberías de revestimiento, y en casos
especiales proporcionar a un tramo de pozo la hermeticidad necesaria para realizar en éI
inyecciones a presión.
Procedimientos de Cementación.
Los procedimientos usuales son los siguientes:
a) Introducción de la tubería de revestimiento con elpozo lleno de la suspensidn de
cemento.
Se llena el pozo con la suspensión de cemento, lo que puede hacerse por gravedad o mejor
introduciendo una tubería de aproximadamente 2 " hasta 30 o 40 cm. Del fondo del pozo,
por lo que se vierte (también por gravedad) la suspensión de cemento.
Este procedimiento de cementación de tuberías esta indicando principalmente para
profundidades pequeñas, del orden de unos 50m.
18
b) Inyección a preswn por el interior de la tubería, con tapón perdido,
En este procedimiento se cierra con chapa el extremo superior de la tubería que se va a
cementar y suspende por lo menos 30 o 40 cm Sobre el fondo.
e) Inyección a presión por la tubería.
La suspensión de cemento se inyecta poniéndola en contacto directamente con el agua o
lodo que rellena la tubería y el anular. La ultima fase de la inyección se hace también con
agua o lodo para terminar de hacer circular el cemento.
d) Inyeccwn con tubería por el espacio anular.
La inyección se hace a través de una tubería de pequeño diámetro de 1 % " a 2 " que se introduce por
el anular entre el revestimiento y perforación, dejándola suspendida a unos 30 o 40 cm del fondo, se
emplea poco este procedimiento.
e) Inyeccwn a presicin con tubería de inyeccwn por el interior del revestimiento y válvula en el fondo.
Es muy empleado en la cementación de pozos de petroleros y menos en pozospara agua.
La inyección se hace a través de una tubería de pequeño diámetro alojada en interior de la
entubación. Una válvula que hace solidaria a ambas permite el paso, válvula, la cual es
destruida al continuarse la perforación, para lo cual debe ser de material que lo permita
fácilmente.
19
fi Inyección a preswn con tubería de inyección por el interior del revestimiento,
sin válvula en el fondo.
Procedimiento similar al anterior, suprimiendo la válvula. La suspensión de cemento el
agua o lodo de la tubería y el anular se ponen en contacto: Para que el cemento ascienda por
el anular es preciso llenar previamente de agua o lodo la tubería revestimiento y cerrar con
una tapa su extremo superior. Este procedimiento es también muy usado en la
cementación de pozos para agua.
Material de inyección y dosljcaciones
Para hacer las cementaciones se usan, casi exclusivamente, suspensiones de cemento y
bentonita ambas en agua. Resulta muy conveniente el empleo de suspensiones de cemento-
bentonita. Cuando el terreno o el agua de las formaciones contenga sulfatos, deben
utilizarse cementos resistentes a ellos.
20
VERTICALIDAD Y ALINEACI~N
Generalidades.
La explotación de los pozos para agua se hace introduciendo una bomba, en la mayoría de
los casos centrífbga y con el motor eléctrico directamente acoplado a la misma y sumergido
también en agua. Para que esto sea posible es preciso que el pozo sea sensiblemente
vertical y, sobre todo rectilíneo.
La presión debe darse siempre por medio de lastra barrenas colocadas inmediatamente
sobre tricono o útil de corte y de diámetro lo más cercano posible al del pozo.
Perforando a percusión o rotación en terrenos no cementados, los grandes bolos son
frecuentemente causa de desviaciones.
Cuando se perfora a percusión el trépano debe girar libremente, lo que se nota en el cable.
Métodos de Medida
Una primera comprobación (cuando el nivel estático esta suficientemente bajo) consiente en mirar desde
la boca del pozo al interior (si es preciso iluminando con linterna o por m d o de un espejo que refleje
los rayos del sol hacia el fondo del pozo) y comprobar si la imagen es un circulo o por el contrario un
ovalo. En el primer caso podrit afírmarse que el pozo esta bastantemente vertical, desviado en el otro.
21
Un procedimiento de mayor exactitud y que puede realizarse con medios bastante
elementales es descrito por Jonson (1 966).
Si se llama h a dicha altura, n a la desviación del cable en la boca del pozo y p a la
profundidad a l a que se le coloca la plomada que se desciende a lo largo del pozo, por
semejanza de triángulos tiene:
de donde la desviación, d, a la profundidad p, será:
d = - * p n h
por medio de la formula anterior se calcula la desviación, d, a las distintas profundidades y
con ellas se puede dibujar el grafico de desviaciones verticales.
Otro procedimiento Para medir la verticalidad y alineación de un pozo, consiste en
introducir en el un instrumento de medida que en esencia consiste en una plomada y un
disco-brújula graduado según círculos concéntricos. La posición de la plomada para
distintas profundidades queda fotográficamente.
22
ZONA DE ADMISI~N DE AGUA EN LOS POZOS
Generalidades.
Al terminar un pozo en formaciones acuíferas no consolidadas o poco consolidadas hace
f a l t a colocar un dispositivo de admisión denominado rejilla para retener los materiales
sueltos, permitir que el agua entre al pozo sin perdida excesiva de carga, impedir el paso de
material fino durante bombeo. La rejilla es con frecuencia el componente más importante
de cualquier pozo que extraiga agua de una formación no consolidada, en especial cuando
se trata de arenas y gravas.
La correcta selección de la rejilla y del macizo de grava si se coloca, es de gran
importancia. En materiales consolidados en principio puede prescindirse de la rejilla y
dejar el pozo sin revestir pero para evitar desprendimientos conviene colocar tubo
ranurador.
23
REJILLAS
Funciún de la rejilla.
Una rejilla bien disefiada debe permitir que entre al pozo agua libre de arena y en cantidad
elevada con un mínimo de perdida de carga.
Para que el Pozo sea realmente eficiente es necesario que el caudal especifico sea lo mayor
posible, claro esta, sin bombear arena.
Tipos de rejillas
a) Rejillas de ranura continua
El porcentaje de superficie abierta es un factor de gran influencia en la eficiencia de una
rejilla. El ancho adecuado de ranuras se calcula sobre la base de la granulometría del
material que compone el acuífero o de macizo de grava que se coloque. Lo ideal es
conseguir para esa ranura fija la máxima arca posible en una longitud dada la rejilla
para obtener menor velocidad de entrada del agua, lo cual produce menos perdida de
carga y, por consiguiente menor descenso del nivel del agua del pozo para un caudal
de extracción determinado.
Es posible evitar o redactar la incrustación mediante una rejilla con la máxima área de
abertura,
A s í se reduce el descenso del nivel del agua durante el bombeo y la velocidad de 24
admisión de agua, Lo cual a su vez disminuye la tendencia de los minerales a
precipitarse.
b) Rejillas de persiana.
Las aberturas de estas rejillas son hileras de persianas que se orientan en ángulo recto o
paralelas al eje de las rejillas. Su aplicación puede ser conveniente en los pozos con
macizos de grava artificial.
c) Rejillas de puentecillos
Este tipo de construcci6n confiere mayor resistencia a la rejilla. Si bien es de advertir
que la morfología de los “puentecillos” puede dificultar los desarrollos naturales.
d) Rejilla con tubo base.
Este tipo de rejilla tiene dos juegos de aberturas, l a s aberturas exteriores que se forman
debido al paso entre las sucesivas vueltas del alambre exterior y las aberturas interiores
que son las perforaciones en el tubo base.
La rejilla con tubo base queda expuesta a la corrosión electrolítica, a causa de su
construcción con dos materiales.
e) Tubo perforado.
El tubo perforado por su facilidad de ejecución, incluso en obra, y su relativo coste, es
ampliamente utilizado como zona filtrante en pozos. Con un diámetro o anchura ’5
normalmente mayor que 0.5 a 1 cm. Con lo cual no resultan aptas para arenas salvo que
se coloque un macizo de grava apropiado, que puede ser costoso y dificil de instalar si
el acuífero es de arena finas. Si se intenta aumentar dicha superficie abierta, el tubo
puede quedar excesivamente debilitado.
f ) Tubo rajado o perforado una vez instalado.
Con rajadores, punzonadores o disparadores introducibles en el pozo es posible abrir
aberturas en la tubería de revestimiento, estando esta colocada.
En pozos para agua no es recomendable puesto que la superficie abierta es muy
pequeña e irregular, los orificios son grandes y por ellos penetra la arena, y además se
debilita mucho el entubado.
26
METODOS DE INSTALACI~N DE REJILLAS EN LOS POZOS CON
RELLENO DE GRAVA
Existen tres métodos generales que se utilizan para colocar rejillas en los pozos con macizo
de grava. Por lo general, se utiliza este método cuando se perfora con equipo de percusión.
Deben entonces colocarse centradores en la rejilla para situarla en el centro del taladro.
En el método de cuchareo se baja el entubado exterior solo hasta la parte superior de la
formación acuífera. La rejilla lleva unos dispositivos especiales en el fondo para permitir éI
cuchareo a través de las capas acuíferas.
Consideraciones Finales.
Demasiados pozos con macizo de grava no han dado el resultado deseado a causa de la
anchura adecuada de las ranuras y la clasificación incorrecta de la grava.
Realmente, en muchos lugares existen acuíferos que necesitan el macizo de grava, pero el
método no puede producir agua cuando no existe suficiente permeabilidad.
27
LAVADO PRIMARIO DEL POZO
Consiste en:
Desalojar del interior del pozo y del filtro de grava, el máximo posible de lodo bentonitic0
utilizado durante la perforación para lo cual es necesario realizar los siguientes pasos:
a).- Introducir en el ademe, tubería de perforación franca hasta una profundidad ligeramente
superior al fondo del pozo.
b).- Con el auxilio de la bomba de lodo, bombear agua a través de la tubería de perforación
hasta que por el brocal del ademe retorne agua limpia.
c).- Sacar la tubería de perforación combinando su extracción con circulación de agua en el
ascenso de cada tubo con el fin de continuar con el lavado del pozo.
28
TRATAMIENTO CON DISPERSOR DE ARCILLAS
Consiste en:
Aplicar al pozo agentes químicos dispersores de arcillas (SC-100, Well- Aid, Senvell, etc.)
con el objeto de eliminar mediante floculación de la arcilla, é1 enjarre de las paredes del
POZO, las partículas de arcilla contenidas en el filtro de grava y en las ranuras del cedazo
como resultado de los lodos bentoníticos empleados durante la perforación.
La aplicación del dispersor de arcillas se realiza en la forma siguiente:
a). Cuando el equipo de perforación utilizado es del tipo rotatorio, se inyecta por medio de
la tubería de perforación franca introducida hasta el fondo del pozo. Cuando es de tipo
percusión se aplica con el auxilio de una cuchara.
b)- Se procede a inyectar aire comprimido a través de la tubería de perforación, con el
objeto de desplazar de su interior el dispersor de arcillas y agitar el pozo levantando en
forma intermitente la columna de agua contenida en 61, desde su nivel estático hasta las
proximidades de su brocal, cuando el equipo de perforación utilizado es del tipo percusión,
la agitación del pozo se realiza con el auxilio de un pistón.
c).- Efectuada la aplicación del dispersor se deja en reposo durante el tiempo especificado
por el fhbricante. 29
Limpieza Y Agitación Mecánica Del Pozo
Consiste en agitar mecánicamente al pozo, mediante la acción reciproca de un pistón
debidamente ajustado al diámetro interior del ademe por medio de empaques de hule o
cuero.
La agitación de un pozo también puede efectuarse con inyección de aire comprimido.
DESARROLLO Y ESTIMULACI~N DE LOS POZOS
Aspectos Generales.
Una vez concluido un pozo, es decir una vez que se ha instalado la rejilla y se han realizado
las cementaciones, es preciso extraer los restos del lodo y detritus de perforación, se
estabiliza la formación acuífera en lo que respecta a las arenas y tratar de obtener el mayor
caudal especifico posible. A estas operaciones se les conoce con el nombre de desarrollo
del pozo.
No es raro que un mal desarrollo del pozo lleve averías de la maquinaria de bombeo por
entrada de arenas o a colmatación de parte de la rejilla por sedimentos, que un buen
desarrollo hubiese eliminado y estabilizado.
30
Desarrollo en materiales granulares no consolidados. 2 2 5 9 4 6 Una de las misiones principales de desarrollo en materiales granulares es eliminar los
materiales finos de las proximidades del pozo, facilitando así la circulación del agua hacia
el pozo precisamente donde las velocidades son mayores y pueden producirse perdidas de
carga no lineales incluso turbulentas. Este aumento local de la permeabilidad se suele
designar como desarrollo natural y es posible cuando la materia granular del acuífero no es
uniforme en sus tamaños.
En general y en condiciones adecuadas los pozos con desarrollo natural suelen ser
mejores que con relleno de grava artificial y cuanto a seguridad de funcionamiento y
duración. Además ofrecen también claras ventajas económicas ya que se perfora con
diámetro menor, no hace falta comprar gravilla y llevarla al lugar de sondeo y solo se
necesita un entubado.
La experiencia practica ha demostrado que es prudente escoger un grosor entre 7.5 y 20
cm. Cuando se tenga la seguridad de que la rejilla esta bien centrada en el pozo, se puede
incluso disponer de menor de 7 cm.
31
Desarrollo y estimulación de pozos en materiales consolidados.
El desarrollo de los pozos en materiales consolidados tiene como misión principal limpiar
las grietas y fisuras de lodo, residuos de perforación y otros materiales que los pueden
obstruir, tales como areniIla, arena, etc., e incluso de recristalizaciones.
Para llegar a resultados más profundos es preciso recurrir a métodos de limpieza más
enérgicos, como la acidificación y las explosiones vibratorias o a procedimientos que
permitan abrir nuevas fisuras, como los explosivos o la facturación hidráulica.
Desarrollo por born beo.
Este método generalmente se aplica como la etapa final del desarrollo inicial previamente
logrado en un pozo, mediante cualquier sistema mecánico (cuchareo, pistoneo) o de bomba
de aire, siendo particularmente útil en pozos que captan acuíferos constituidos por
materiales granulares sueltos o pocos consolidados.
Con el desarrollo llevado a cabo generalmente se obtienen magníficos resultados que
alargan la vida de operación de los pozos, ya que se logra la extracción de la mayoría de
finos residuos de lodo y materiales de la formación depositados en la zona alterada e
invadida por Iodos durante la perforación del pozo.
Desarrollo por sobrebombeo.
El sobrebombeo consiste en bombear el pozo con un caudal notablemente superior al que se
pretende extraer normalmente del mismo. Es un método sencillo y económico, pero es 32
incompleto puesto que el fberte flujo de bombeo solo va en un sentido; los granos finos de
arena se trasladan hacia la rejilla y se acumulan entre los granos grueso resultando una
estabilización parcial de las arenas acuíferas.
El modo de evitar la formación de puentes o acumulaciones es mantener el agua tan agitada
como sea posible, bombeando intermitentemente.
Bombeo intermitente.
El método de bombeo intermitente consiste en provocar paros y arranques sucesivos de la
bomba con el fin de crear variaciones bruscas de presión.
No se coloca válvula de pie para que el agua de la columna de bombeo pueda caer al pozo.
El caudal de salida de este ciclo deshace los puentes de las partículas de arena y el caudal
de entrada traslada el material fino hacia el filtro y el interior del pozo.
Se pueden seguir tres modalidades distintas:
1 ) Se pone en marcha la bomba a plena capacidad, hasta conseguir el máximo
descenso posible de nivel de agua en el pozo. Separa la bomba y el agua retrocede
rápidamente columna de la misma volviendo al pozo y penetrando en el acuífero a
causa de la elevación de nivel que se produce. 33
2) Se bombea el pozo a gran caudal y al máximo descenso de nivel, pero en lugar de
dejar que el pozo recobre completamente su nivel de agua estático, se pone de
nuevo en marcha la bomba después de un corto intervalo. El cambio rápido de
arranque y para producir cambios en la carga hidráulica, velocidad y sentido de
caudal y en resultado es un tratamiento relativamente forzado de la formación
acuífera.
3) Se bombea el pozo hasta que el agua se descargue en la superficie y luego se
permite que el agua retroceda por la columna de la bomba repitiéndolo
sucesivamente.
Cualquiera de estos métodos tiene la desventaja de castigar el equipo de bombas y no es lo
bastante potente para los pozos que necesitan un desarrollo energético.
El mejor método de lavar un pozo a contracorriente es probablemente introducir por
gravedad o a presión una gran cantidad de agua provocando una elevación del nivel en el
pozo.
Desarrollo mediante aire comprimido.
El empleo de aire comprimido para efectuar el trabajo de desarrollo puede ser un proceso
rápido y eficaz.
34
Pueden emplearse dos sistemas generales, uno denominado método de pozo abierto y el
otro de pozo cerrado:
-Método del pozo abierto
Se produce un fuerte oleaje soltando repentinamente grandes volúmenes de aire en el pozo
y el bombeo se efectúa por elevación normal de agua mediante aire comprimido. Cuando la
carga de agua y la inmersión sean ambas bajas, este método no tiene ningún valor práctico.
-Método del pozo cerrado
Otro modo de desarrollar pozos con aire comprimido consiste en cerrar la parte superior del
entubado y disponer el equipo de manera que la presión de aire pueda acumularse dentro
del entubado y forzar el agua a través de la rejilla hacia la formación acuífera.
Este aire impulsa el agua hacia fuera del entubado a través de la rejilla, agitando de seta
manera la formación y rompiendo los puentes de granos de arena.
Cuando se utiliza este método se aconseja hacerlo después de haber limpiado el pozo con la
cuchara de la mejor manera posible.
Desarrollo de pozos con pistón o émbolo buzo.
Un método muy eficaz para desarrollar pozos entubados consiste en comprimir y aspirar el
agua en el pozo para producir un enérgico flujo de agua, hacia adentro y hacia afuera del
acuífero a través de las ranuras de la rejilla, y forzar el material más fino del acuífero a
entrar en el pozo. 35
Lo normal, en especial en pozos a percusión, es hacer subir y bajar un pistón, al que
también se da el nombre de “émbolo buzo”, dentro del entubado o dentro de la rejilla,
aunque esto último suele ser menos recomendable si existen arcillas o se tiene poca
experiencia.
Existen dos tipos de pistones o émbolos buzo:
a) pistón cerrado o macizo
b) pistón abierto o de válvula, llamado así por tener unas perforaciones longitudinales
cubiertas por una lámina de goma en la parte superior. Al descender el pistón, el efecto de
empuje se amortigua pues el agua escapa hacia la parte superior a través del pistón: cuando
el pistón asciende, la lámina de goma asienta sobre la cara superior del pistón y la succión
es mucho más intensa que el empuje y se evacua de manera continua el material fino en
vez de forzarlo hacia el exterior en cada descenso.
Como el agua es incomprensible, la acción del pistón se transmite a la zona de la rejilla a
través de la columna de agua. La entrada de arena es cada vez menor, lo que permite
prolongar la fase de pistoneo cada vez más, y en general la operación se da por concluida
cuando después de una hora de pistoneo la calidad de arena recogida sea despreciable.
36
Desarrollo mediante chorros de agua horizontales a alta velocidad.
El chorro de agua a gran velocidad es un modo muy efectivo de desarrollo de pozos en
materiales granulares, en especial cuando se emplean rejillas de ranura continua, aunque
con otros equipos de rajillas los resultados son también aceptables. Este método es
particularmente eficaz para desalojar la costra de lodo de perforación que queda depositada
en las paredes del pozo que ha sido perforado a rotación con lodos. El chorro también
elimina los efectos adversos resultantes de otros métodos de perforación.
El procedimiento consiste en lanzar chorros de agua horizontales a alta presión a través de
las aberturas de la rejilla de modo que se agite vigorosamente la formación acuífera.
Otro modo sencillo de construir el dispositivo con un simple acoplamiento al final de
varillaje de inyección de agua.
El utensilio para chorro puede llevar dos, tres o cuatro toberas horizontales con orificios
entre 5 y 12 mm de diámetro tiene cerrado el fondo y su extremo superior esta roscado para
que pueda atornillarse al extremo interior de varillaje.
El desarrollo se realiza girando el varillaje para limpiar toda la periferia de la rejilla,
empezando por el fondo y por ascenso de 5 cm cada vez. Al final debe procederse a extraer
la arena que halla penetrado en el pozo. La operación se repite una o varias veces.
El método consume mucha agua, lo cual puede crear problemas en ocasiones o incluso
hacer que el procedimiento no sea viable.
37
Fracturación Hidráulica.
La fracturación hidráulica es un método de estimulación de pozos perforados en rocas
consolidadas, muy utilizado en pozos de agua de pequeña y moderada profundidad, quizás
por ser algo complicado y caro.
Consiste inyectar agua a elevada presión para crear y dilatar fisuras, evitando que se cierren
de nuevo mediante la introducción simultánea de arena y mejor de pequeñas bolitas de
vidrio.
El método sólo es aplicable a pozos muy poco productores pues de lo contrario no seria
posible aumentar suficientemente la presión con las bombas de Iodos usuales, y sería
preciso recurrir a grandes bombas de alta presión y alto caudal.
Un requisito imprescindible es que el pozo, por encima de la zona que se quiere fracturar,
debe estar entubado con tubería muy resistente y muy bien cementada, pues de lo contrario
el agua escapa al exterior o a formaciones suprayacentes.
Desarrollo con nieve carbónica.
La nieve carbónica o hielo seco es anhídrido carbónico (dióxido de carbono) sólido. En
contacto con el agua el hielo seco burbujea intensamente a medida que se va sublimando; la
intensidad depende de la transferencia de calor desde el agua al sólido.
38
Estimulacirin y desarrollo por acidljcación.
La acidificación consiste en atacar el medio acuífero, cuando esta formado por carbonatos,
mediante un ácido que generalmente es ácido clorhídrico comercial. El ácido disuelve la
caliza con rapidez, y más lentamente la dolomía.
La acidificación es aplicable a rocas permeables por fisuración ya que poco se consigue en
las rocas porosas, si no es ensanchar un poco el sondeo o efectuar una limpieza local, que
únicamente tiene interés cuando, durante la perforación el lodo o detritus han taponado el
acuífero o cuando se han producido incrustaciones en la rejilla o acuífero inmediato. Este
aire impulsa el agua hacia hera del entubado a través de la rejilla, agitando de esta manera
la formación y rompiendo los puentes de granos de arena.
Cuando se utiliza este método se aconseja hacerlo después de haber limpiado el pozo con la
cuchara de la mejor manera posible.
Desarrollo y rehabilitación con explosivos.
El desarrollo y la rehabilitación con explosivos se puede emplear de forma similar en pozos
en roca revestidos, cuando se trata de eliminar incrustaciones o abrir nuevas grietas que
reemplacen a las obstruidas por depósitos. También se pueden emplear para tratar de forzar
la extracción de arena de areniscas poco consolidadas y conseguir así su estabilización.
39
Tratamiento con explosivos vibratorios
Este tipo de tratamiento se usa preferentemente para desalojar materia1 incrustante de las
perforaciones entubadas. Las explosiones producen una serie continua de ondas de choque
de duración relativamente larga, que desobstruyen las perforaciones y no dañan la tubería.
La burbuja de gas se dilata y contrae varias veces después de cada explosión y producen la
agitación que elimina las incrustaciones.
Explosivos perforantes
Las cargas tienen unas extremidades en forma de cono, que son lanzadas radialmente con
gran impulso de modo que se pueden perforar canales de unos 25 a 50 cm de penetración.
Agentes dispersores.
Cuando se ha utilizado cómo fluidos de perforación lodos bentoníticos o se han atravesado
formaciones muy arcillosas, es adecuado ponerlas en suspensión y extraerlas mediante el
lavado posterior.
Una vez agregados los dispersantes, se procede a agitar la columna de agua con 81 fin de
que se mezclen y penetren a la formación hasta alcanzar las zonas posibles obturadas con
geles o arcillas y se deben dejar en reposo durante un tiempo, de un día como mínimo, con
la finalidad de permitir su acción química.
Algunas de las sustancias más utilizadas como agentes dispersores son los polifosfatos, 40
225966 de los cuales, los más efectivos son el tetrapirosfato de sodio, el tri-polifosfato de sodio, el
hexametafosfato de sodio y el heptafosfato de sodio y se utilizan en concentraciones que
van desde 1 Kg a 1.5 kg/m3 de agua en el pozo.
Mejoras producidas por la estimulación de pozos.
Las estadísticas son escasas aunque existen algunos detallados trabajos de Koening
(1 960,a,b,c).
E l cual cita que en un estudio previo se llegó a las siguientes conclusiones:
a) 3 YO de fallos (caudal igual o menor al inicial).
b) Mejora mediana 100% (el 50% de los pozos mejoro mas del 100%)
c) El 10% de los pozos mejoro mas del 80 %.
d) La estimulación cuesta en promedio la cuarta parte del coste inicial del pozo.
e) Solo en un pozo de cada 6 (el 17%) se incremento el caudal en menos de 25%, o sea,
que la estimulación resulta ineconómica.
El método que proporciona mejores resultados es la facturación hidráulica con mejoras
superiores a 70 veces el 90% de los casos, a 2.5 veces en el 50% de los casos, y solo el 41
12% de fallos; es preciso tener en cuenta que esta técnica solo es aplicable a rocas
consolidadas con cierta profundidad y en pozos inicialmente poco productores, y de ahí que
a veces los resultados sean muy destacados. La acidificación, aplicable a rocas
consolidadas calcarías o dolomíticas, consigue multiplicar el caudal especifico inicial por
mas de 18 veces en el 10% de los casos y por 2.5 en 50% de los casos, con solo el 12 de
fallos. Los procedimientos con explosivos con algo menos eficaces y los que lo son menos
con los de vaivén ( quizás por más sencillos y asequibles a pequeños empresarios, que los
aplican sin una técnica depurada), con los que la mejora sólo supera un factor 3 en el 90%
de los casos, y un factor 1.2 en el 50 % de fallos, con un 24 YO de fallos que quizás se
podrían haber reducido notablemente con una técnica mas depurada.
El método más eficaz (en acuíferos consolidados) es la facturación hidráulica y los peores
son el vaivén y las explosiones vibratorias.
La mejora producida por la estimulación persiste y no es algo pasajero y aunque el pozo
después de estimulado, valla perdiendo poco a poco caudal, no tiene porque perderlo mas
rápidamente que un pozo no estimulado y en la realidad con frecuencia lo hace mas
lentamente, lo que permite que en general se aumente notablemente el volumen de agua
obtenible durante la vida útil del pozo.
El tratamiento de aplicación mas barato es el vaivén ya que tiene pocas cargas fija y es
sencillo de limpieza y acabado, mientras que los explosivos son el más costoso a pesar de 42
I tener también pequeñas cargas fijas, pero precisa de una costosa limpieza y
reacondicionamiento posterior del pozo.
Para que los tratamientos de vaivén y explosivos vibratorios resulten económicos, se
precisa que restituya el pozo del 1 O al 15% del caudal específico inicial, mientras que con
los explosivos, acidificación y facturación hidráulica ese valor es del 25 al 30%.
PROBLEMAS ESPECbICOS DURANTE LA PERFORACIóN Y SOLUCIONES
POSIBLES
Diseño.- Profundidad, diámetro de perforación contra-ademes, cementaciones.
Geología.- Litología, espesor de las formaciones y condiciones estructurales relacionadas
con la estabilidad del pozo.
Acuíferos.- Prohndidad, características de sus parámetros, calidad de agua, etc.
Equipo de Perforación.- Capacidad, limitaciones y estado actual del equipo.
Programa.- El tiempo y el económico.
Supervisión.- Ajustes y cambios de diseño, toma de decisiones a tiempo.
Personal.- Experiencia y capacidad.
Sitio. - Ubicación, facilidad de acceso y de suministro, etc.
Clima.- Temperaturas extremas, lluvias, etc.
Algunos de los problemas más comunes que se presentan durante la perforación son:
A. Derrumbes. 33
B. Pérdidas de circulación
C. Atrapamientos de Herramientas
D. Caídos
E. Corrosión
F. Gas
G. Desviaciones
H. Salinidad
Derrumbes- Se producen cuando las paredes del pozo se caen hacía el interior de la
perforación.
Puede ocurrir en las siguientes situaciones:
Saturamiento de agua con una estructura inestable.
Por rotación excesiva.
La solución de esté problema esta en la utilización de fluidos adecuados durante la
perforación.
Pérdidas de circulación.-
La pérdida de fluido de circulación, es el problema más frecuente y serio que se encuentra
en las perforaciones y las causas que lo originan puede ser muy evidente en algunos casos,
y en otros no es fácil de identificarlo.
Se debe evitar que se acumule material de recorte alrededor por la barrena usando
suficiente volumen y presión de circulación de lodos. 44
Hacer frecuentes exámenes de las propiedades del lodo y mantener las siguientes
propiedades:
- Peso mínimo
- Viscosidad mínima anular, que permita la extracción continua del corte.
- Filtración mínima (restricción y control de la película del gel.)
Si aún llevando a la practica las recomendaciones anteriores, se producen perdidas de
circulación, se debe proceder a la colocación o inyección de tapones de cemento o
cemento-bentonita que consoliden la formación y/o impidan las perdidas, a continuación se
da el detalle correspondiente
Tapones de cemento.
Los tapones de cemento son un medio rápido y simple de reducir las perdidas de
circulación y controlar caídos dentro del pozo.
-Lechadas de agua-cemento, estos tapones se colocan por gravedad cuando a un no sea ha
alcanzado el nivel del agua y/o desplazándolo, cuando se coloca bajo el agua.
Al agregar bentonita a la lechada se mejoran sus características de fluidez, penetración y
sellado, pero se reduce la resistencia a la compresión una vez que se alcanza el fraguado
total. 45
-Tapón de cemento, bentonita y perlita expandida.- sirve para formar puentes y detener la
perdida de la lechada en la formación y para disminuir la densidad de la lechada hasta un
mínimo de 1.32 G/cc.
En lugar de perlita expandida pueden utilizarse otros materiales que sirven para taponar
durante las perdidas de circulación.
-Tapones de cemento-diesel-bentonita.
Estos tapones presentan las características de que el cemento y la bentonita no se hidratan
en superficie y por lo tanto empieza a fiaguar el cemento hasta entrar en contacto en el agua
dentro del pozo en la zona que va a ser corregida, por lo que se pueden emplear acelerantes
sin tener el problema de fiaguado durante la operación de cementación.
Atrapamiento de la herramienta.
Las causas que originan el atrapamiento de una herramienta de perforación pueden ser:
- Derrumbes por inestabilidad de las paredes y por perdidas de circulación.
- Asentamiento del corte y/o minerales pesados.
- Película de gel de lodo demasiado gruesa, lo que reduce el área de retorno y crea
taponamientos.
- Presiones diferenciales dentro del pozo, provocadas por un espesor grande de la 46
película del lodo, y que permite la adherencia entre la tubería y la formación de
tramos largos, dando un efecto de pilote de fricción, lo que retiene la tubería
fuertemente dentro del pozo.
- Una vez que se ha colocado el aceite en el pozo, se trata de extraer la tubería con
esfuerzo de tensión dados con la maquina y si esto no diera resultado, se le ayudara
al equipo utilizado gatos hidráulicos de capacidad mayor a la que tiene el equipo
de perforación. Si la tubería continua pegada, será necesario rimar con tubería
lavadora el espacio anular, con el fin de cortar el bloque entre la herramienta y la
formación.
47
GENERALIDADES DE LA CURVA DE AFORO
Una de las etapas que culminan con la terminación de los trabajos de perforación o
rehabilitación de los pozos es la prueba de bombeo con la que se obtiene la curva
característica del pozo que en nuestro medio se ha denominado curva de aforo, la cual sirve
para determinar la selección de la bomba que va a poner en operación el pozo, no es 0 c/i; necesario conocer la curva completa, pues con obtener el tramo de la curva dentro del cual $h.;, g;:* la bomba va a operar es suficiente, pero si es conveniente que el bombeo vaya mas allá de g $
las condiciones de operación y se prolongue el tiempo suficiente hasta que se estabilice y el c: ," 3: L? Fer?
cono de depresión alcance la amplitud máxima posible.
', -, C . '
5 &
' $ i g m
g a.
& g
La curva de aforo no queda limitada por la capacidad de la bomba, sino por el punto de 68 abatimiento a partir del cual ya no es posible aumentar el gasto, desafortunadamente son o D 2 pocos los casos que alcanzan este punto.
El punto de agotamiento como limite final de la curva aforo se caracteriza por que a partir
de él es imposible aumentar el gasto por mas que se intente, aun que eI equipo de bombeo
tenga capacidad y columna suficiente para extraer un gasto mayor, esto es debido a la falta
de capacidad de acuíferos para aportar mas agua.
En las pruebas de bombeo se observa que cuando un pozo es puesto en el descenso del
nivel de bombeo al principio es muy rápido pero inmediatamente después es lento y aun 43
con el tiempo sigue descendiendo lo hace tan lentamente a que parece estacionarse. Sin
embargo, a medida que el tiempo transcurre el gasto disminuye y el nivel de bombeo
aumenta y esto hace que la curva de aforo se vaya modificando siguiendo el
desplazamiento del punto de operación.
Llama la atención, que a pesar de caracterizarse por variar continuamente, se le ha
denominado curva característica del pozo, lo que sugiere que una curva es estacionaria, esto
no se justifica del todo, ya que es solo para el tramo de inicial que se confünde con una
recta inclinada a dado origen a la definición de capacidad especifica que considera
constante la relación entre el gasto y el abatimiento.
Aforo Del Pozo O Prueba De Bombeo Escalonada.
Ejecuciones de la prueba.
A.- operaciones previas.
El aforo se efectúa a continuación del desarrollo hidráulico; después de que el pozo queda
completamente estabilizado, es decir; cuando el agua sale cristalina y exenta de sólidos en
suspensión, la productividad es constante y el pozo deja de tomar filtro.
En el desarrollo del pozo se especifica que el equipo de bombeo debe tener una capacidad
de 50% mayor que la requerida para bombear el gasto de diseño; de haberse seguido esas
instrucciones y empleando el equipo de la forma indicada, se habrá logrado obtener un 49
buen trabajo de desarrollo, la estabilidad del pozo y el gasto máximo factible de
explotación.
Al finalizar el desarrollo cuando el motor halla alcanzado su velocidad máxima se sostiene
la extracción del caudal respectivo por un lapso de una hora y se va disminuyendo la
velocidad cada 100 RPM, una vez que el nivel de agua se estabiliza, continuándose así
hasta que el motor trabaje a su mínima velocidad y en ese momento se iniciara el aforo.
Desplazamiento del cono de depresión a través del tiempo en el caso del acuífero libre, el
desplazamiento del cono es rápido al principio pero inmediatamente después se toma lento
y que la separación entre las líneas se va reduciendo a medida que el tiempo transcurre
hasta confundirse prácticamente en una sola, lo que viene a confirmar que el cono de
depresión tiene una evolución a través del tiempo muy semejante al del acuífero confinado.
La función “Kt” en función del tiempo, que también interviene en la ecuación de Dupiut-
Thiem para este caso y como se sabe su ecuación es:
Función”Kt” varia con el tiempo es similar al del caso del acuífero confinado, en que se
destacan dos ramas, una vertical (A-B) y otra horizontal “B-C”, la primera corresponde a
los primeros minutos de haberse iniciado el bombeo y desciende muy rápidamente casi en
50
forma vertical hasta el punto “B” en donde cambia bruscamente por una línea casi
horizontal “B-C” que se hace casi horizontal y es la que domina durante el bombeo. Y si
dentro de esta ultima rama se realiza una prueba aforo, cuya duración es de 1 O a 12 horas
aproximadamente, la función “Kt” permanece prácticamente constante, por lo que la
ecuación para la curva de aforo del acuífero libre se puede simplificar como:
2 2 5 9 4 6
Lo más importante es confirmar las conclusiones a las que se llegamos, si son consistentes
en establecer que la función “Kt ” en las ecuaciones de Dupiut-Thiem permanece
prácticamente constante durante el tiempo que se realiza una prueba de aforo, lo cual lejos
de ser una coincidencia, viene a confirmar lo que sucede en la realidad.
Obtención De La Ecuación De La Curva De Aforo Para Acuiferos EstrahiJicados.
Ya que la finalidad principal de esta curva es la de servir en la selección de la bomba que
va a poner en operación al pozo, por lo que con obtener el tramo de la curva dentro del cual
el pozo va a operar es suficiente y no es necesario obtenerla completa. Llegamos a la
conclusión de que en las ecuaciones de Dupiut-Thiem se encontraba la solución, ya que en
ellas intervienen las características de los acuíferos y del pozo.
Siendo las ecuaciones de Dupiut-Thiem la base principal en el presente ensayo hemos
considerado importante repasar el desarrollo matemático empleado en su obtención, 51
aunque parezca tedioso e innecesario, por ser la manera mas clara y sencilla de explicar
como adecuarlas sobre la base de la estrecha relación que establece 61 calculo infinitesimal
entre la curva de aforo y la permeabilidad. Por lo que empezaremos con la obtención de la
ecuación del acuífero libre en la que se hicieron algunas simplificaciones en la red de flujo
para facilitar é1 calculo matemático, que han dado como resultado restarles valides y limitar
su aplicación como son; el medio acuífero, isotropico, la modificación de las superficies
equipotenciales por cilíndricas, y despreciar la componente vertical de la velocidad en las
líneas de flujo:
Esta es la ecuación de Dupiut-Thiem para el caso del acuífero libre y de acuerdo con el
análisis anterior, la función “Kt” permanece prácticamente constante durante el tiempo que
se realiza una prueba de aforo, por lo que se puede sustituir y simplificar como:
Q = Ktk(HZ-ho2)/2
La manera más sencilla que encontramos para destacar esta relación fue presentarlo en
forma tríptica en que queda concentrada y salta a la vista que a pesar de la forma tan simple
de la permeabilidad da origen a una curva de aforo parecida a las curvas reales, y surge la
interesante posibilidad que modificándola por una variable se pueda obtener la ecuación
52
de la curva de aforo que se ajuste a las condiciones reales, con lo que se podría analizar los
problemas planteados en el presente ensayo y otros más, como el de conocer la variación de
la permeabilidad. Todo esto a partir de la curva de aforo que es la que se dispone con
facilidad.
Cuando el pozo es puesto en observación se forma un cono de depresión representado por
una curva pero en este caso hay que aclarar que a diferencia del caso anterior, la red de
flujo rigurosamente la constituyen en plano vertical líneas rectas horizontales y paralelas, y
en plano horizontal líneas rectas radiales dirigidas hacia el eje del pozo, y las
equipotenciales son superficies cilíndricas concéntricas al eje del pozo. Y se observa que el
gasto “ Q ” que extrae el pozo es el mismo que pasa por un área cilíndrica de radio “r” y
altura “Z’, esta es el origen de la ecuación de Dupuit-Thiem, que después de varias
modificaciones se llega a:
= L ( R / r o ) 2nKz (H - h o )
Que es la ecuación para el acuífero confinado, simplificando y sustituyendo la funciótt
“Kt” que permanece constante, de manera que la ecuación anterior la podemos representar
como:
Q = KtkZ (H-ho)
53
Esta ecuación para un pozo determinado representa la curva de aforo y corresponde a una
recta en que las únicas variables son “Q’ y “ho” y es valida para cuando el nivel de bombeo
varía entre los límites para “Z < ho < H’, es decir, entre el techo del acuífero y el nivel
estático. La importante relación que guardan entre las tres ecuaciones fundamentales, se
destaca con claridad como la permeabilidad da origen a la curva de aforo y es posible
conocer a partir de cualquiera de las tres curvas las otras dos.
La ecuación de Rorabaugh que precisamente representa a la curva característica del pozo,
que como se sabe es:
S=BQ+CQ*
La primera aplicación es hacerla teórica con las ecuaciones de Dupuit-Thiem que son sus
antecesoras, en que para el caso del acuífero libre es solo posible en segmento de la curva
próximo al nivel estático, por que en la parte final de la curva en donde la derivada del
gasto vale cero y en la ecuación de Rorabaugh esta derivada nunca llega a ser nula. Y para
el caso del acuífero confinado desaparece éI termino “CQ”“queda una ecuación lineal, que
es cierto solo para la parte superior de la curva.
Por la tanto al no intervenir en esta ecuación las características del pozo, ni de los acuiferos
y ni tampoco el tiempo, hacen que sea una ecuación empírica y estacionaria, por lo que solo
es valida para la fecha en que se realizo la prueba de aforo. 54
Con estas demostraciones se llega a la conclusión de que tanto las ecuaciones de Dupuit-
Thiem como la de Rorabaugh en su estado original no se ajustan con precisión a la forma
completa de la curva de aforo reales, y como lo señalamos al principio, con estas
ecuaciones no es posible estudiar con plenitud los problemas.
Tomando en cuenta que el medio es anisótropico y que la permeabilidad en dirección
paralela a los planos de estratificación siempre es mayor que el sentido normal a dichos
planos.
La solución para considerar a la permeabilidad como una variable la tiene el coeficiente de
transmisibilidad mediante su definición más amplia que matemáticamente corresponde a la
ecuación:
hl T = Ifl(h’)dh’
O
Finalmente la ecuación que representa a la curva de aforo para acuíferos estratificados, en
que a partir del coeficiente de permeabilidad “K’ considerando como una función “fl” de
la carga “h”’ referida desde el fondo del pozo, se obtiene el valor “Q’ mediante una doble
integración, y quedando como variables “Q’ y “ho”, ya que la función “Kt” como se ha
demostrado permanece constante:
55
hl h
{"dq = K t j j fl(h')dh'dh. O' ho O
Es obvia la compatibilidad con las ecuaciones de Dupuit-Thiem, por lo que iniciaremos
donde la permeabilidad varía en proporción directa con la carga "ho" con la ecuación:
K = k'h'JH
Y sí ahora el diagrama de permeabilidad se invierte, su ecuación es:
K=K'(H-h')/H.
De lo anterior podemos concluir:
1 .- El tramo de la curva de aforo próximo al nivel estático se confunde con una línea recta y
coincide con la parte de la curva que generalmente se obtiene, lo que ha dado lugar a que
las investigaciones se hayan concentrado en ella, como es la definición de la capacidad
especifica y las ecuaciones de Theis, Rorabaugh y de Dupuit-Thiem para el acuífero
confinado.
2. - 81 limite superior de la curva de aforo corresponde al punto de agotamiento y su
localización se encuentra en piso del acuífero inferior. 56
3. - En la curva de aforo los acuíferos se localizan en los segmentos que manifiestan
curvatura y en los rectos no existe productividad.
La ecuación de Rorabaugh, es una forma de representar a la curva y al parecer no tiene
relación con la red de flujo, ni con las ecuaciones de Dupuit-Thiem y Theis, y, sin embargo,
se emplea en la solución de problemas en que es de utilidad sin cuestionar la autenticidad
del método que le dio origen. Con lo que se llega a la conclusión de que la aplicación de las
diferentes ecuaciones que representan a la curva de aforo depende de la naturaleza del
problema que se pretende resolver.
La ecuación:
hl h'
dq = Kt f l(h')dh'dh . ho O
Agrupa en una sola a las ecuaciones de Dupiut-Thiem, que se puede ajustar con mas
precisión a cualquier forma de curva de aforo teórica o real, con lo cual se amplia su
aplicación facilitando el análisis de problemas prácticos como el poder conocer la
distribución de la permeabilidad, el proceso de agotamiento de acuíferos estratificados,
además de facilitar como el diagnostico en la rehabilitación de los pozos y otros más sin
necesidad de cálculos complicados.
57
Medición del Gasto.
En las etapas de desarrollo hidráulico y aforo se usa el método del orificio calibrado con
descarga libre.
Sí en los alrededores del pozo de bombeo 61 número de Reynolds supera el valor máximo
admisible para la validez de la Ley Darcy a causa de la mayor velocidad del agua, se tiene
un sobre-abatimiento que es proporcional a una cierta potencia del caudal. Está pérdida
puede ser importante en poses de mediano diámetro, con cedazo corto y desarrollados.
A la pérdida de la descarga ocasionada por el movimiento del agua desde la sección de
captación del pozo hasta la bomba se le conoce también como pérdida ascensional en el
pozo y tiene importancia cuando esa distancia es muy grande y/o el tubo del pozo es de
muy pequeño diámetro en relación con el caudal.
Análisis e Interpretación de la Prueba de Aforo
El caudal a través del orificio se calcula mediante la fórmula:
Q = C v A
La expresión en la cua 11: Q es el volumen por unidad de tiempo (gasto), A es el área del
orificio, v es la velocidad del flujo a través del orificio y C es el coeficiente de descarga
para el orificio. 58
De la hidráulica tenemos la relación:
V= -,,‘2gh
En la cual:
v es la velocidad en metros por segundo (m /seg.)
g es la aceleración de la gravedad, en metros por segundo por segundo (m keg2.)
h es la caída de presión en metros de agua, y que es convertida a velocidad en el sistema
de flujo (m).
Una corrección es debida a la contracción del chorro que tiene lugar justamente fuera del
orificio, y la otra se debe al súbito cambio de sección transversal del área de flujo y que esta
representado por el tamaño del orificio con relación al tamaño del tubo de aproximación.
Combinando las relaciones anteriores y llamando k al factor de descarga, tendremos la
fórmula para la descarga a través del orificio:
O bien,
Q = 4.43 K A
S9
Los valores de k y la fórmula puede utilizarse para calcular la descarga con cualquier
combinación de diámetro de orificio, diámetro de tubería de aproximación y altura de agua
en el tubo piezométrico.
El valor de del coeficiente k en la fórmula, cambia rápidamente conforme aumenta la
relación del diámetro de orificio a diámetro de tubo.
MEDICIONES DEL Nn7EL DEL AGUA
Posiblemente el mecanismo más manuable que se pueda usar en la mayoría de los casos es
la sonda eléctrica, o medidor eléctrico de prohndidades.
El cambio sufrido por el nivel del agua se mide con una cinta metálica colocada paralela y a
lo largo del cable, usando para ello una de las marcas metálicas de las cuales el fabricante
adhiere al cable intervalos de 2 metros, y que sirven como referencias.
Observaciones durante la prueba.
La prueba se hará bombeando el pozo en cuatro etapas como mínimo:
La primera etapa se hará con el gasto mínimo que se pueda regular con el equipo instalado
y la última con el gasto máximo que se obtenga del mismo.
60
La prueba de aforo tendrá una duración de 21 horas, con duración de tres horas por etapa.
225946 Es indispensable que durante la prueba no varíe el régimen de operación de todos los pozos
que en un radio de aproximadamente de 1 K m . se encuentren alrededor del pozo de prueba,
por lo que será necesario mantener una vigilancia en dichos equipos, para que en caso de
suspensión o iniciación del bombeo en el pozo, anotar la hora en que eso sucede y poder
tomarlo en cuenta en la interpretación, anotado a su vez el gasto y en el nivel a que estaba
operando el pozo.
Origen del abatimiento del nivel del agua en pozos de bombeo.
El abatimiento del nivel del agua observado en un pozo durante su bombeo tiene dos
componentes. La primera llamada pérdida por formación, origina la resistencia que el
acuífero opone al paso del agua a través de 61; esta pérdida de energía varía con el gasto y
con la duración del bombeo.
La segunda, llamada pérdida por construcción del pozo, se origina por la resistencia que
pone el pozo a la conducción del agua dentro del mismo, principalmente por el cambio de
medios al pasar el agua del acuífero al filtro y al pozo a través del cedazo; esta pérdida de
energía depende exclusivamente del gasto y es independiente de la duración del bombeo.
a = af + ap 61
donde:
a = abatimiento del nivel agua observado en un pozo durante el bombeo.
af = pérdidas por formación
ap = pérdidas por construcción del pozo.
Pérdidas por construcción del pozo.
Pérdidas por no validez de la ley de Darcy en las proximidades del pozo (Aaf). que la
permeabilidad es mayor por la presencia de un filtro artificial o desarrollado naturalmente.
La velocidad del agua puede ser tal que el régimen del flujo adquiere carácter turbulento.
El abatimiento total provocado en el pozo de bombeo tiene dos componentes principales: el
abatimiento debido a la resistencia que opone la formación a la circulación del agua, el cual
es directamente proporcional al caudal extraído; y el abatimiento provocado en el interior
del propio pozo, que es directamente proporcional al caudal elevado a una cierta potencia
próxima al cuadrado.
Lo anterior puede expresarse:
a = B Q + CQ2
en la que a, es el abatimiento total en el pozo de bombeo; B, un coeficiente representativo
de la resistencia del acuífero, y C, un coeficiente cuyo valor es función de las 62
características constructivas del pozo.
El valor del coeficiente B depende del tipo de sistema de flujo de que se trata; por
ejemplo, en el caso de un pozo totalmente penetrable en un acuífero confinado, el
abatimiento en la formación esta dado en la expresión:
Q a = --W(u) 4nT
por tanto:
A la relación entre el caudal bombeado y el abatimiento que provoca, se le denomina
“caudal específico”, y pude escribirse:
Q - 1 a B+CQ
Este parámetro representa en una forma mas objetiva la capacidad transmisora de un
acuífero: un caudal especifico alto refleja una alta transmisivilidad y viceversa. Presenta la
ventaja de que su valor no está sujeto a errores de interpretación ya que se obtiene como 63
el cociente de dos términos medidos (caudal y abatimiento) y guarda una proporcionalidad
más o menos directa con la transmisivilidad, lo que permite utilizarlo para deducir valores
aproximados de está cuando se carece de pruebas de bombeo.
A partir de la gráfica abatimiento-tiempo se obtienen los elementos necesarios para deducir
los valores de los coeficientes buscados. Para ello, se elige un tiempo menor o igual que la
duración de cada etapa, de preferencia tal que el nivel del agua ya se haya estabilizado; se
mide gráficamente el abatimiento total correspondiente a ese tiempo, tomado a partir del
inicio de cada etapa; se calcula el cociente entre dichos abatimientos y los caudales
respectivos, y con estos valores se traza la gráfica
a/Q Vs Q.
Si los puntos de esta gráfica muestran una tendencia lineal, se traza una recta de ajuste; el
valor del coeficiente C esta dado por la pendiente de esta recta, y del coeficiente B es igual
a la ordenada al origen.
Conociendo los valores de ambos coeficientes es posible predecir la posición del nivel
dinámico parta cualquier caudal de extracción.
Una vez conocidos todos los términos de la ecuación se calculan los abatimientos debidos a
cada efecto analizado en cada uno de los gastos del aforo y se trazan sus curvas
correspondientes sobre papel milimétrico teniendo como ordenada el abatimiento y como
abscisa el gasto. 64
El análisis periódico de pruebas de aforo o escalonadas permite definir la evolución de las
características constructivas del pozo con el tiempo, pudiendo decirse que una disminución
en el valor del coeficiente C, es un indicio de un mejor desarrollo del pozo, mientras que un
aumento de ese valor seguramente se deberá a un deterioro que puede atribuirse a la
construcción del pozo, incrustación de cedazos o caídos en la zona del filtro de grava.
65
CORROSION E INCRUSTACIóN DE POZOS
Introducción
Las causas más importantes de perdida de eficiencia de un pozo bien construido hay que
buscarlas en las variadas facetas de dos fenómenos generales llamados incrustación y
corrosih.
La incrustación consiste en una deposición de materiales extraños, o bien en el filtro o bien
en el propio acuífero.
La corrosión consiste en un ataque a los materiales con eliminación superficial o localizada
de los mismos o alteración de las propiedades.
En lo que respecta a la agresividad e incrustabilidad de un agua, los iones de la disoción del
agua los relacionados con el equilibrio carbónico y las sales alcalinotérreas, juegan un papel
muy importante, así debe considerar el pH del agua y los contenidos C02 disuelto,
co3 H, CO3 = y Ca++. Un índice experimental de agresividad o incmstabilidad muy
interesante es el índice de estabilidad de Ryznar (Ryznar, 1994) que se define como:
TER 2pHc - pH
En la que:
IER = Indice de estabilidad de Ryznar.
PHc = pH de equilibrio. 66
PH = pH del agua que se considera.
Según este índice se tiene:
IER Carácter del agua
4.0 a 5.0 Muy incrustante.
5.0 a 6.0 Moderadamente incrustante.
6.0 a 7.0 Poco incrustante o corrosiva.
7.0 a 7.5 Corrosiva.
7.5 a 9.0 Francamente corrosiva.
Mayor 9.0 Muy corrosiva.
Generalidades sobre la corrosión.
La corrosión es un conjunto de fenómenos que conducen una destrucción de la superficie
del material corroído por su disgregación o puesta en solución. La corrosión en los pozos
puede acarrear su destrucción prematura o, al menos, al paro más o menos prolongado para
reponer las partes corroídas.
La corrosión puede evitar la incrustación, haciendo que esta no sea adherente y también
los productos de incrustación pueden tomar la barrera contra la corrosión, que en ocasiones
puede ser deseable si aquella es moderada.
En gran parte de casos la corrosión puede reducirse a un fenómeno de tipo
67
electroquímico, como se verá enseguida.
Causas de Corrosión.
La corrosión es un fenómeno muy complejo, que puede producirse bajo variadisimas
condiciones.
Pueden contribuir a la corrosión agentes como el aire, el suelo, los ácidos, las temperaturas
elevadas, los compuestos orgánicos, los compuestos de azufre o los álcalis.
Corrosión General.
La corrosión general y otras causas de pérdida uniforme de metal es un fenómeno por el
cual el espesor de material se va reduciendo paulatinamente, ya sea porque el oxido no es
adherente ya sea porque el medio disuelve ese oxido.
Corrosión Intergranular y Fisurante.
Es la corrosión de ciertos componentes o impurezas de un metal precipitados en los
bordes de grano, tal como el nitruro de hierro y las impurezas de los aceros.
Corrosión Selectiva.
Es la disolución preferente de uno de los componentes de una aleación dejando el metal
restante debilitado y poroso.
68
Corrosion Bimetalica.
Es el tipo de corrosión que se presenta cuando están en contacto dos metales diferentes tal
como sucede en juntas, soldaduras, etc.
Este tipo de corrosión puede aparecer en pozos cuando se emplea una rejilla diferente al
metal de tubo o tubos de diferentes calidades, cuando la bomba toca el tubo y son de
metales diferentes, en las juntas con brida en que los tomillos son de otro material.
Corrosion Alveolar o Picado.
Es un fenómeno muy local pero de muy graves consecuencias y es debido a que la
superficie de un metal puede presentar diferencias en potencial eléctrico por pequeñas
variaciones de composición de acabado de superficie o de dureza, impurezas, etc., y se
agrava con la presencia de agua muy cloruradas.
Corrosión por Tensiones.
Defectos de fabricación que originan tensiones residuales o esfuerzos localizados(tornil1os
muy apretados) pueden crear zonas de corrosión preferente.
Corrosión por Fatiga.
En los lugares en que se tienen esfberzos alternativos de elevada frecuencia, se puede
producir también corrosiones, aunque este tipo de corrosión es muy poco frecuente en
pozos por ser estos de carácter estático. 69
Corrosión por Corrientes Vagabundas.
Las corrientes vagabundas de los terrenos pueden ocasionar fenómenos de electrolisis, que
aceleran la corrosión del metal que actúa como ánodo.
Corrosión Bacteriana.
La presencia de bacterias en el agua puede originar el ataque de los metales,
particularmente el hierro y el manganeso.
Incrustaciones en las captaciones de agua.
La incrustación es la deposición de materiales más o menos adherentes en diversas partes
de las captaciones de agua.
Estas incrustaciones pueden ser duras y fkágiles, actuando muchas veces al modo de un
cemento y otras veces se trata de Iodos o rellenos pastosos o gelatinosos.
Las incrustaciones pueden afectar a:
l . Zona filtrante de los pozos reduciendo la superficie efectiva de entrada del agua.
2. Al propio acuífero rellenando
3. Tuberías, disminuyendo la sección.
70
Tipos de incrustaciones.
La incrustación más frecuente esta formada por carbonato cálcico. Las aguas subterráneas
están generalmente saturadas en carbonato cálcico, que se mantiene en disolución gracias a
la presencia de cierta cantidad de anhídrido carbónico disuelto. Un aumento de la
temperatura es un factor importante en las condiciones y lleva también a una sobre
saturación en carbonatos con la consiguiente posibilidad de incrustaciones. La mezcla de
aguas diferentes, puestas en contacto por pozos que atraviesan varios acuíferos pueden ser
también origen de incrustaciones.
Las bacterias del hierro, generalmente las de los géneros Gallionella, Crenothrix y
Leptothrix pueden dar precipitados voluminosos de compuestos férricos a partir del Ion
ferroso, los cuales reducen drásticamente la permeabilidad.
Las condiciones más favorables para su desarrollo son:
a) Aguas freáticas aeróbicas, principalmente a poca profundidad bajo el nivel del
agua.
b) Aguas subterráneas relativamente frias, menos de 18.5 "C. no se desarrollan por
encima de 24OC.
c) Aguas con elevado contenido en hierro ( mas de 1 ppm en Fe) y manganeso.
d)Aguas poco salinas, con residuo seco menor de 1000ppm. No se desarrollan en
aguas salinas o con elevados contenidos en sulfatos. 71
En resumen, puede decirse que la mayoría de los casos las incrustaciones son de C03Ca y
Fe(OH)3 y Fe(OH)2, y más raramente de CO3 Mg y de C03Mn u otros compuestos de
manganeso.
La Incrustación Y Las Características Contructivas Y Del Funcionamiento De Los Pozos.
Las características constructivas de un pozo pueden afectar a la posibilidad de incrustación.
En general, pozos poco eficientes, o sea, con notables perdidas de carga en paso del agua
por la zona filtrante, y los mas desarrollados suelen incrustarse con mayor rapidez que
pozos más eficientes que bombeen caudales similares.
Es también importante disponer de análisis químicos del agua bombeada una o dos veces al
año no solo para ver si el agua es de caracteres incrustantes, sino también para conocer si la
calidad del agua evoluciona en alguna forma.
La importancia de la observación de un pozo depende de su coste y de la importancia de
tener un funcionamiento asegurado.
Los caudales pueden disminuir y pude ser debido a la incrustación en el pozo (disminuye
también el descenso dinámico).
Como evitar las incrustaciones en los pozos.
Es dificil o imposible evitar totalmente las incrustaciones ya que estas dependen en gran
manera de la facilidad del agua para producirlas, pero se pude tratar de reducirlas con pozos
72
convenientemente proyectados y con un plan de funcionamiento adecuado, hacer posible en
continuo, lo cual es también bueno para la bomba.
Conviene trabajar con descensos pequeños y puede ser ventajoso, desde el punto de evitar
incrustaciones preferir varios pozos de explotación a uno solo funcionando con mayor
descensos.
La adición de ciertos complejantes del hierro al agua que circula hacia el pozo, utilizando
una corona de sondeos que lo rodeen, puede ser efectiva al evitar la precipitación en el
acuífero, pero es un procedimiento complicado y caro. La adición de cloro en un sistema
similar parece muy poco efectiva.
Desincrustacwn de los pozos.
Aspectos Generales.
La desincrustación de pozos debe efectuarse cuando se empieza a notar una disminución
clara en los caudales específicos.
E n pozos la incrustación ha progresado mucho, puede suceder que el desincrustado químico
se forme caminos preferentes de pasos del agente desincrustante y por lo tanto sin
alteración del resto de la incrustación. Por ello no conviene dejar que la incrustación
progrese excesivamente.
7 3
2 2 5 9 4 6 El tratamiento a utilizar puede ser de tipo quimico o de tipo mecánico, o un tratamiento
mixto.
Tipos de Agentes Químicos para Desincrustar,
Entre los diversos ácidos posibles, el más utilizado es el ácido clorhídrico con un inhibidor
de corrosión de metales.
Moderadamente esta tomando un gran auge el empleo de ácido sulfamico (ácido
aminosulfonico, S03HNH2) que aunque algo más caro que el ácido clorhídrico presenta
notables ventajas, entre las que figura el ser sólido en estado puro(muy fácil de transportar
y mucho menos peligroso de manejo) y es muy Gcilmente soluble en agua, dando
soluciones marcadamente ácidas.
El ácido más usual en la industria, el ácido sulfúrico, no es el adecuado para desincrustar
carbonatos, puesto que forma sulfato de calcio( yeso) que es poco soluble y se queda en el
medio poroso o adherido a la zona filtrante.
La acidificación es solo parcialmente efectiva con incrustaciones de hierro y muy poco
efectiva con incrustaciones de sílice o de silicatos aluminicos.
La cloración consiste en añadir cloro activo al agua de los pozos, esté cloro activo pude
añadirse como cloro, gas disuelto previamente en agua o directamente, pero es más fácil y 74
seguro hacerlo como hipoclorito sódico en estado puro o disuelto en agua. También puede
emplearse dióxido de cloro. El ácido hipoxiacético, empleado a veces como sustitutivo,
parece ser muy poco efectivo.
Los mejores resultados se obtienen cuando el tratamiento con cloro activo va precedido en
una acidificación.
La cloración en ausencia de materia orgánica oxidable es un tratamiento casi inefectivo.
Tratamiento con polifosfatos.
Los polifosfatos, en cualquiera de las variadas formas que se encuentran en el mercado, son
agentes tensoacfívos similares a los detergentes, pero no espumantes.
El tratamiento con polifosfato junto con cloración es un método efectivo para la elimina de
ciertas incrustaciones de hierro de cakcter voluminoso.
Modo de aplicación de los métodos de desincrustación.
Para introducir el reactivo en el pozo basta emplear un tubo de plástico o de fhndación gris
o de 20 o 30 mm de diámetro que llegue hasta la zona filtrante y verter por éI dicho
reactivo.
Una vez efectuado el tratamiento, es preciso limpiar el pozo y zonas próximas para extraer
los restos de reactivos y los productos de reacción: puede realizarse con una cuchara de
maquina de perforación a percusión o con una bomba de las empleadas para desarrollar
pozos resistentes al activo utilizado.
75
Desincrustación de Pozos no Revestidos
En pozos excavados en roca consolidada también se presentan problemas de incrustación.
Es frecuente que el agua circule por fisuras que se incrustan s610 en las inmediaciones del
pozo (uno o dos centímetros) Los métodos de incrustación pueden ser los indicados, si bien
las acciones de los reactivos son más lentas y dificiles, y en general el chorro horizontal es
mucho menos efectivo.
76
IMPORTANCIA DE LA COMPOSICION QUIMICA DEL AGUA
La composición química del agua a extraer es muy importante, y un análisis químico bien
hecho puede ayudar notablemente a localizar la causa de las incrustaciones observadas o a
predecir su posibilidad.
También es conveniente determinar, además, los cloros, sulfatos, nitratos y sodio. Hay que
tener precauciones para que el agua sea representativa del agua del acuífero.
En general, las aguas subterráneas y en especial las que proceden de terrenos calcáreos,
tienden a precipitar carbonatos, pero el que efectivamente lo hagan y la forma de
incrustación a que den lugar depende además de la velocidad del agua en el pozo, en la
zona filtra del pozo, del descenso, de la aireación del pozo, etc.
Oxidación.
Expuesta al aire, la superficie de un metal se transforma, por adición de oxigeno, en un
óxido de características diferentes a las del metal.
En general los metales expuestos al aire seco se autoprotegen mas o menos rápidamente.
Cuando actúa el agua el fenómeno de ataque se llama corrosión y es cuando pueden entrar
en acción los fenómenos electroquímicos. 77
La disolución de los metales.
Si un metal se introduce en agua, tiende a disolverse cediendo iones metálicos en carga
eléctrica positiva, quedando el propio metal negativo.
Existen metales que tienen gran tendencia a disolverse (por ejemplo el zinc.) no
alcanzándose el equilibrio más que con soluciones muy concentradas de sus ionés, mientras
otros(por ejemplo el cobre) alcanzan el equilibrio con solo mínimas concentraciones de sus
iones.
Si se introduce una barra de hierro en una solución de sulfato de cobre, el cobre se deposita
sobre el hierro y cuando forma una capa continua, cesa la disolución de hierro.
Al disolverse un metal formando iones, estos pueden reaccionar con los iones oxhidrilos
(OH-) que contiene el agua y da lugar a la formación de hidróxidos muy poco solubles, que
si se deposita de forma adherente y continua sobre el metal pueden sumarse a la acción del
hidrógeno autoprotegiéndose contra la corrosión.
78
EL COSTO DE LA CONSTRUCCION DE UN POZO.
La construcción de un pozo esta integrada por los siguientes trabajos:
1 .- la perforación del pozo.
2. - La obra civil
3.- La alta y baja tensión y
4.- El equipamiento
Cada uno de los anteriores trabajos es realizado por una compañía especializada y la
correcta ejecución de los mismos, es constatada por una empresa supervisora.
En la elección de la compañía tiene ingerencia La Dirección de Construcción y la
Subdirección de Concursos y Precios Unitarios; siendo elegida la Empresa Supervisora por
la Dirección mencionada.
79
Actividades o Conceptos que Integran la Per$oración de un Pozo.
CONCEPTO.
No ENUNCIADO.
1 Transporte instalación y desmantelamiento del equipo de perforación y camino de acceso
y localización.
2 Fosas de lodo
3 Perforación exploratoria a 12 ?A “.
4 Ampliación de 12 ‘/4 “ a 17 % “.
5 Ampliación de 17 %”a 22 ‘L
6 Ampliación de 22” a 28”
7Transporte y colocación de ademe de 24” y de 16”.
8 Cementación de tubería.
9 Registro eléctrico
1 O Perforadora en espera
1 1 Perforadora trabajando
12 Tapón de fondo
13 Transporte, suministro y colocación y filtro de grava
14 Limpieza de pozo
15 Transporte y suministro y colocación de dispersor de arcillas
16 Transporte instalación y desmantelamiento de bomba de 70 lps/lOOm. Trabajando en
espera. 80
17 Registro de verticalidad.
18 Tapa de acero soldada al brocal
En total, el costo de la construcción de un pozo, es del orden de 190 millones de pesos,
considerando el costo de los materiales que el Departamento del Distrito Federal para que
las compañías lo instalen.
81
Objetivos alcanzados:
Conocimiento y entendimiento de los pozos, así como de los implementos y formas de
construir un pozo, el tipo de estudios adecuados para la construcción y mantenimiento de
los mismos.
Formas y cuidados, para evitar contaminaciones al agua subterránea.
Eficiencia en el consumo de energía eléctrica.
Tipos de contaminantes, Agentes dispersores químicos, etc.
82
RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Este es un esbozo de lo que es la operación y mantenimiento de pozos para riego y agua
potable, en general solo se introduce al técnico en el conocimiento más básico y fácil de
comprender el funcionamiento de los diversos estudios sobre la perforación y
mantenimiento de sus pozos.
No se puede adentrar mas debido a los parámetros técnicos que no son fáciles de
comprender o entender debido a la tecnología desarrollada para estas actividades, se
continuara desarrollando trabajos con la finalidad de asesorar y de ayudar en estas labores.
83
RECOMENDACIONES
Sugerir al perforador que tome en cuenta las actividades antes mencionadas, en este estudio
para así conocer la hidrogeología del medio, usar el equipo adecuado, tomar en cuenta la
economía y funcionamiento del pozo, realizar estudios de suelo, velocidad de arrastre de
sedimentos, seleccionar el filtro y el ranurado adecuado para el medio, así como una serie
de pasos a seguir ya mencionados en el presente estudio.
Además del mantenimiento básico necesario. También se aconseja tomar muestras
litológicas del terreno.
84
Bibliografia
l.Custodio, E. y Llamas, M. R. 1983, Hidrología Subterránea, Ed. Omega S. H., 2"
Edicibn, Espaiia.
2. Davis, S. N. y De Wiest, R., 1971, Hidrogeología, Ed. Ariel, Barcelona.
3. Lohman, S. W. 1977, Hidráulica Subterránea, Ed. Ariel, Barcelona.
4. Bolivar, J. M., Diseño y Terminación de pozos.
5. M. C. Luis Felipe Sánchez, M. I. Carlos Gutiérrez, Dra. Graciela Herrera., 1999, Manual
para el Diseño, Construcción, Operación y Mantenimiento de pozos de Observación para
el Control de la Calidad de Acuíferos. IMTA.
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