LA IMPORTANCIA DEL EMPAQUE DE GRAVA COMO PREFILTRO EL LA
PERFORACIÓN DE POZOS DE AGUA

La utilización del empaque de grava, como prefiltro en pozos de agua, como elemento estructural de las perforaciones subterráneas y su versatilidad convierte a los pozos engravados, en el seguro y eficiente método para estabilizar el espacio anular y controlar el arrastre de finos (limo, arena).

El tradicional método de diseñar un empaque en base a muestras de las formaciones acuíferas es teóricamente correcto y funciona perfectamente bien en un laboratorio, o en un medio donde es posible controlar físicamente la instalación de una grava filtrante perfectamente seleccionada y ubicada. En realidad, las condiciones de campo que rodean un pozo de agua, hacen imposible cumplir con los postulados teóricos de un prefiltro de grava.

Analicemos la secuencia de las operaciones necesarias para formar un empaque de acuerdo a las normas establecidas:

A.- Durante la perforación, el trépano, la broca, excava la formación, la despedaza y la entrega a la corriente de lodo para ser llevada a la superficie. En este proceso, se produce una disgregación de partículas de diferente forma y peso específico, que se separan por efecto de gravedad, mientras son elevadas por el espacio anular y vertidas a la superficie.

B.- La obtención de una muestra entre los recortes extraídos del pozo es un procedimiento que depende del sistema utilizado y del cuidado de la persona que lo ejecuta; es común, por ejemplo que en el trayecto y en el lavado de muestras se pierda una cantidad importante de partículas finas.

Las muestras son la base de un análisis granulométrico que se traduce en una “curva” que supuestamente, representa las características físicas de las formaciones y la granulometría de sus partículas. En base a esta curva, se traza una segunda curva que define las características de la grava filtrante.

C.- La curva es entregada a un contratista proveedor de grava, quien debe seleccionar los diferentes tamaños y mezclarlos cuidadosamente para obtener un conjunto que cumpla con las exigencias de la curva “maestra”.

Cualquier persona experimentada en los trabajos de campo que haya tenido la oportunidad de lidiar con estos procesos, sabe que es prácticamente imposible conseguir una grava de las características requeridas y que es necesaria una tolerancia en la precisión de los tamaños y proporciones. Aún supervisando con el mayor cuidado los componentes de la grava y el proceso de mezclado, al tomar muestras representativas de la grava, se encuentran muchas y marcadas diferencias con la curva teórica.

D.- Aunque los problemas señalados por los pasos anteriores nos indican claramente un desvío de los parámetros teóricos, el proceso de instalación de la grava en el espacio anular introduce aún mayores desviaciones al producirse una disgregación de tamaños y pesos durante la caída de las partículas a través de un medio viscoso y denso cual es el lodo bentonítico de perforación.

De lo anterior, podemos deducir, sin lugar a dudas, que la grava instalada frente a la formación acuífera a la cual supuestamente corresponde, es totalmente diferente a la que indica la teoría de la curva granulométrica y su recíproca relación con el filtro o rejilla.

Además de definir las características de la grava, el método citado regula la selección de la abertura de las ranuras en el filtro, incorporando otro factor de dudosa exactitud en el proceso.

Todos los técnicos en pozos de agua consultados reconocen la validez de estas aseveraciones y la imposibilidad de obtener una mezcla de grava que se acerque a lo indicado por las curvas teóricas.

Pese a estas dificultades, los pozos perforados por el sistema rotativo y con grava filtrante son rápidos y económicos; su eficiencia hidráulica es buena. El problema que preocupa a los técnicos por su gravedad y trascendencia, es la falta de control de arena arrastrada por el agua como consecuencia de un defectuoso empaque de grava. Las circunstancias arriba expuestas son la principal causa de un control inadecuado de arena.

MÉTODO DE ENGRAVADO:

Por lo expuesto y poniendo a consideración de los interesados, se emplea un método práctico y efectivo de engravado, que incluye un conjunto de procedimientos y materiales de fácil implementación y excelentes resultados.

1.- CALIDAD DE GRAVA:

La Grava debe estar compuesta por partículas redondas, duras y limpias. Mientras las que han sido procesadas mecánicamente o sea trituradas deben ser descartadas definitivamente pues las superficies planas y angulares disminuyen notablemente los espacios libres, que permiten el paso del flujo; además, dificultan el movimiento de las partículas durante la instalación y el desarrollo.
La calidad de grava a emplearse, debe tener un contenido mayor de 98% de Sílice, con un índice de dureza que sea igual o mayor a 7 dentro la escala de Mohs, un peso específico igual a 2.6 kg/dm3. cuyas características Fisico-Químicas, de las muestras tienen que indicarnos que el índice de materia orgánica debe ser menor a 250 (método de Abrams Harder), la pérdida de peso por ataque con ácido clorihídrico al 10% en frío durante 24 horas debe ser menor al 2%, contenido de Fe < al 0.1% y de Mn < al 0.1%.

La mala calidad de grava, donde se tiene la presencia de carbonatos, mayores al 4%, hierro, manganeso etc, y dado a esto la pérdida de su peso específico por degradación de sus partículas, complica que la vida útil del pozo de agua se reduce en un 50%, disminuyendo su caudal, el desgaste y deterioro constante de las bombas de producción por el ingreso de finos de los acuíferos.

Al margen de lo anotado, el empleo de tubería desechada, con gran potencial corrosivo y con una vida útil menor, se constituyen en contaminadores de primer orden de los acuíferos subterráneos.
La Gradación de los tamaños que componen el empaque es un factor muy importante en los resultados. En vista de las dificultades de orden práctico encontradas en los métodos tradicionales, se ha llegado a una combinación sencilla y fácil de lograr. La siguiente relación de tamaños ha probado ser efectiva.

GRAVA FILTRANTE
Tamaño de Partículas y Porcentaje por Volumen

La primera condición para una instalación adecuada es el espesor del espacio anular. Por una parte. Es conveniente el mayor espacio posible para facilitar el desplazamiento de la grava desde la superficie, rellenando completamente el espacio entre el tubo y la pared del pozo. Para efectos de desarrollo y limpieza, sin embargo, conviene la menor distancia entre la rejilla o filtro y la pared del pozo. Combinando estos requerimientos, se ha establecido que el espacio debe tener un mínimo de cuatro (4) y un máximo de seis (6) pulgadas. Espesores mayores a seis pulgadas, dificultan la limpieza de la pared del pozo de agua durante el desarrollo.

Es un hecho comprobado que en un pozo bien engravado la retención de las arenas de formación se produce muy cerca de la pared del pozo, es decir en la parte exterior del empaque. Por lo tanto el espesor del espacio anular es mas importante desde el punto de vista de la facilidad de instalación, que como dimensión necesaria para el filtrado. Un espacio menor a cuatro (4) pulgadas hace poco menos que imposible un relleno apropiado en el espacio anular por la formación de puentes y vacíos que pueden ser imposibles de solucionar.

La instalación de la grava debe efectuarse en forma continua, por medio de un tubo engravador de 2” o 21/2”, manteniendo un flujo de agua constante desde la superficie. Así mismo, es conveniente accionar un pistón ( o émbolo) dentro de las rejillas produciendo flujos alternos que impidan o resuelvan la formación de puentes o vacíos. La cantidad de grava que ingresa al pozo debe ser permanentemente controlada, tomando en cuenta que se puede prever un volumen (20%) mayor que el volumen calculado de el espacio anular.

TIPO DE REJILLA O FILTRO

Un pozo engravado tiene características muy particulares en cuanto a su limpieza y desarrollo. Por estos términos nos referimos a la extracción de los residuos de formación y de lodo del pozo para permitir el flujo libre del agua. Igualmente importante es la extracción de la costra de lodo que se forma sobre la pared del pozo durante la perforación. En esta etapa se hace necesario la utilización de dispersantes, como el Pirofosfato Trisódico, Ringfree etc. Que sirve para el adelgazamiento del lodo bentonítico y particularmente en estratos donde se ha tenido mucha intercalación con sedimentos arcillosos.Este elemento constituye una barrera para el flujo del agua hacia el interior del pozo. Todo este proceso requiere operaciones cuidadosas y herramientas especiales sin las cuales un desarrollo apropìado es prácticamente imposible.

El sistema de pistón (o émbolo), con circulación de agua es generalmente el más eficiente y rápido, pero requiere una rejilla o filtro de alta resistencia mecánica. Especialmente con una superficie interior lisa por lo cual se puede desplazar un pistón, logrando el efecto de émbolo. La rejilla que reúne estas condiciones es la de tipo persiana, con ranuras cortadas en sentido perpendicular al eje del tubo, y la apertura orientada hacia abajo, rejillas que tienen una alta resistencia al aplastamiento, por otra parte es muy importante que los filtros de ranura continua sean reforzados especialmente las varillas para evitar cualquier problema especialmente al colapso.

En resumen : la efectividad de un empaque de grava filtrante no depende de un factor aislado, sino de una combinación de grava, rejilla y procedimientos de instalación y desarrollo.

La diferencia de rendimiento y durabilidad entre un pozo bien desarrollado y otro con desarrollo deficiente puede ser dramática. Es posible obtener aumentos de caudal que pueden llagar hasta un 300% después de un desarrollo eficiente. En la práctica, la consecuencia de un buen desarrollo, es la eficiencia y el menor costo de agua. El costo de un proceso de desarrollo es ampliamente justificado por los mencionados factores.

CONCLUSIONES

El sistema de engravado que se pone a consideración, ofrece las siguientes ventajas:

1.- Mejora notablemente el control de arena.
2.- Facilita la provisión de grava y rejillas y una mezcla de grava pre-
determinada.
3.- Acelera y facilita el proceso de desarrollo economizando tiempo
y dinero.
4.- Permite obtener el máximo caudal de un pozo, con el menor gasto
de energía.


Ing Milton Berbetti Arce
Hidrogeólogo – Consultor
C.N.I 1.037

Bibliografía: THE ENGINEERS MANUAL FOR WATER
WELL DESIGN - R.M.C.
HANDBOOK OF GROUND WATER
DEVELOPMENT - R.M.C.

Santa Cruz 17 de Octubre de 2.003