Optimización de la tecnología de perforación de pilotes para equipos de perforación rotativa: Adopción de medidas específicas basadas en las condiciones geológicas, superación de los cuellos de botella en la perforación y mejora de la eficiencia de la construcción.

En la construcción de pilotes de cimentación en proyectos de infraestructura, las perforadoras rotativas se han convertido en equipos de construcción convencionales debido a sus ventajas de perforación eficiente, posicionamiento preciso y gran adaptabilidad. Se utilizan ampliamente en diversos escenarios, como carreteras, puentes, edificios de gran altura y cimentaciones de edificios prefabricados. La racionalidad del proceso de perforación determina directamente la eficiencia de la construcción, la calidad de la perforación y el costo de la ingeniería, mientras que las propiedades físicas y mecánicas de las diferentes condiciones geológicas (suelo blando, capa de arena, roca dura, etc.) varían significativamente, lo que plantea diferentes requisitos para los parámetros de perforación, la selección de herramientas de perforación y el proceso operativo de las perforadoras rotativas. Actualmente, algunos proyectos de construcción suelen encontrar problemas como retrasos en la perforación, colapso de las paredes del pozo, baja eficiencia y consumo excesivo de consumibles debido a la falta de optimización de la tecnología de perforación en función de las características geológicas, lo que limita el progreso y la eficiencia de la construcción del proyecto. Este artículo combina el contexto actual de la industria de la construcción de cimentaciones sobre pilotes y, basándose en diferentes tipos geológicos, describe la ruta de optimización y el plan de mejora de la eficiencia para el proceso de perforación de las plataformas de perforación rotatorias, ayudando a las empresas constructoras a superar los cuellos de botella en la perforación y lograr una construcción eficiente, de alta calidad y a bajo costo.

Requisito previo para la optimización del proceso: Exploración geológica precisa, que sienta una base sólida para la mejora de la eficiencia.

El requisito fundamental para optimizar el proceso de perforación de la plataforma de perforación rotativa es comprender con precisión las condiciones geológicas del área de construcción y evitar la pérdida de eficiencia y los riesgos de calidad causados por una construcción a ciegas. En la etapa inicial de la construcción, se debe realizar un estudio geológico integral para aclarar los parámetros clave, como la estratificación geológica, la densidad, el contenido de humedad, la resistencia a la compresión y la distribución del tamaño de partícula de cada capa de suelo/roca a través del muestreo de perforación, pruebas in situ, etc. Se deben dividir las diferentes secciones geológicas, como suelo blando, capa de arena, suelo cohesivo, roca meteorizada y roca dura, y se debe elaborar un informe detallado del estudio geológico. Al mismo tiempo, con base en la requisitos Mediante el diseño de ingeniería (diámetro, profundidad y verticalidad del pozo), se predicen posibles problemas durante la construcción (como el colapso de la capa de arena, la perforación lenta en roca dura, la contracción del diámetro del suelo blando, etc.), lo que proporciona una base científica para la posterior selección de herramientas de perforación, el ajuste de parámetros y la optimización del proceso. Si el estudio geológico no es preciso, puede fácilmente generar una incompatibilidad entre las herramientas de perforación y la geología, así como parámetros de perforación inadecuados. Esto no solo reduce la eficiencia de la perforación, sino que también puede causar riesgos para la seguridad, como el colapso de las paredes del pozo y una calidad deficiente del pilote, aumentando los costos de retrabajo y los riesgos de retraso del proyecto.

Geología de suelos blandos: prevención de socavaduras, aumento de la velocidad, optimización de muros de contención y parámetros de perforación.

Las características principales de la geología de suelos blandos (como limo, suelo limoso, arcilla limosa, etc.) son alto contenido de agua, baja capacidad portante y escasa estabilidad. Durante la perforación, son propensos a ocurrir problemas como el colapso de la pared del pozo, la reducción del diámetro y la perforación enterrada. Además, una velocidad de perforación excesiva puede provocar formas irregulares en el pozo, afectando la calidad de la formación del mismo. Para la geología de suelos blandos, la optimización de la tecnología de perforación se centra en la protección de la pared y el control de los parámetros de perforación, logrando una mejora tanto en la eficiencia como en la calidad. En cuanto a la selección de herramientas de perforación, se prefiere utilizar varillas de perforación espirales largas combinadas con cucharones de arena de doble fondo. Los cucharones de arena de doble fondo tienen un buen sellado y una alta eficiencia de descarga de suelo, lo que puede reducir el suelo blando residual en el cucharón de perforación y evitar la limpieza secundaria; simultáneamente, equipados con revestimiento protector, según el espesor y la profundidad de enterramiento del suelo blando, se utiliza un revestimiento adicional para proteger la pared y evitar el colapso de la pared del pozo. En cuanto a los parámetros de perforación, la velocidad de perforación debe controlarse entre 0,5 y 1 m/min para evitar que la perforación a alta velocidad perturbe la pared del agujero; ajuste la velocidad de la plataforma de perforación a 60-80 r/min y controle el par entre 180-220 kN · m para garantizar una entrada suave de la perforación Introduzca el material en la capa de suelo y reduzca la alteración del mismo. Además, durante el proceso de perforación, refuerce oportunamente la protección de la pared de lodo, controle la densidad del lodo entre 1,05 y 1,10, mantenga la viscosidad entre 18 y 22 s, forme una película protectora estable en la pared del pozo y limpie regularmente el sedimento para evitar que el exceso de sedimentos afecte la eficiencia de la perforación y la capacidad portante del fondo del pilote.

Geología de la capa de arena: control de pérdidas, prevención del colapso de los pozos, optimización de la descarga de arena y del ritmo de perforación.

La principal dificultad de la geología de capas de arena (arena media, arena gruesa, arena con grava, etc.) radica en la fuerte fluidez y alta permeabilidad de las partículas. Durante el proceso de perforación, es fácil que se produzca el colapso de las paredes del pozo y la pérdida de arena, lo que dificulta la formación de los pozos y genera baja presión. perforación eficiencia y espesor excesivo de sedimentos. Para la geología de capas de arena, la optimización de la tecnología de perforación se centra en fortalecer la capacidad de descarga de arena, estabilizar las paredes del pozo, optimizar el ritmo de perforación y las medidas de protección de las paredes. En cuanto a la selección de herramientas de perforación, elija cucharones de perforación con dispositivos de control de arena (como cucharones de arena con rejillas) para aumentar el sellado y la eficiencia de remoción de arena de los cucharones de perforación, y reducir la pérdida de partículas de arena por los espacios en los cucharones de perforación; para capas de arena y grava, se puede utilizar un cucharón de perforación dentado para mejorar la resistencia al desgaste y la capacidad de rotura de roca del cucharón de perforación. En cuanto a las medidas de protección de las paredes, se utiliza lodo de alta calidad para proteger la pared, con una densidad de lodo aumentada a 1.10-1.15 y una viscosidad controlada a 20-25 s, mejorando la capacidad de suspensión y el efecto de protección de la pared del lodo. Si es necesario, se utiliza revestimiento para complementar la protección de la pared, especialmente en áreas con altos niveles de agua subterránea en capas de arena, lo que puede prevenir eficazmente el colapso de la pared del pozo. En cuanto a la operación de perforación, se adopta un ritmo de "introducción lenta, elevación rápida", con una velocidad de perforación controlada entre 0,3 y 0,8 m/min. Una vez que la cuchara de perforación se llena de partículas de arena, se eleva rápidamente para reducir el tiempo de retención de dichas partículas en el pozo. Al mismo tiempo, cada 1 o 2 metros de perforación, se lleva a cabo una operación de limpieza del pozo mediante circulación inversa con elevación neumática para eliminar rápidamente los sedimentos y evitar que su acumulación afecte la eficiencia de la perforación.

Calidad del suelo viscoso: reducción de la resistencia, cucharón antiadherente, optimización de las herramientas y métodos de perforación.

Las características de los suelos cohesivos (como la arcilla, la arcilla limosa, etc.) son una fuerte plasticidad y una fuerte cohesión. Durante el proceso de perforación, es fácil encontrar problemas como la acumulación de arcilla en la cuchara de perforación y la dificultad para descargar el suelo, lo que resulta en una mayor resistencia a la perforación y una menor eficiencia. Además, la pared del orificio es propensa a problemas como la formación de una gruesa capa de lodo y la reducción de su diámetro. La clave para optimizar el proceso de perforación en suelos cohesivos es reducir la resistencia a la perforación, prevenir la adherencia de la cuchara de perforación y mejorar la eficiencia de descarga del suelo. En cuanto a la optimización de la herramienta de perforación, elija cucharas de perforación con álabes helicoidales o dentados. Los álabes helicoidales pueden aumentar la capacidad de descarga del suelo, mientras que las cucharas dentadas pueden reducir el área de contacto entre la arcilla y la pared interior de la cuchara de perforación, reduciendo así el riesgo de adherencia. Al mismo tiempo, limpie regularmente la arcilla de la pared interior de la cuchara de perforación y aplique aceite lubricante en la superficie de la cuchara de perforación para reducir aún más la adherencia. En cuanto al ajuste de los parámetros de perforación, aumente la velocidad de perforación adecuadamente (80-100 r/min) y redúzcala (0,8-1,2 m/min) para permitir que la cuchara de perforación corte completamente la capa de suelo y reduzca la compactación y la unión de la arcilla dentro de la cuchara. El par se controla entre 200 y 250 kN·m para asegurar una perforación suave de la cuchara y evitar la sobrecarga de la plataforma de perforación debido a una resistencia excesiva. Además, durante el proceso de perforación, se inyecta agua limpia regularmente para diluir el lodo en el pozo, reducir el espesor de la capa superficial de lodo y acelerar el ritmo de descarga del suelo para evitar la acumulación de arcilla en el pozo y mejorar la eficiencia general de la perforación.

Geología de rocas meteorizadas: levantamiento y fractura de rocas, reducción de pérdidas, optimización de herramientas de perforación y ajuste de parámetros.

Las características de la geología de roca meteorizada (roca fuertemente meteorizada, roca moderadamente meteorizada, etc.) son resistencia moderada de la roca, estructura suelta, fácil fragmentación pero alta resistencia al desgaste. Durante la perforación, son propensos a ocurrir problemas tales como desgaste rápido de los dientes de perforación, velocidad de perforación lenta y descarga de escoria difícil, lo que afecta la eficiencia de la construcción. Para la geología de roca meteorizada, la optimización de la tecnología de perforación se centra en mejorar la capacidad de ruptura de la roca, reducir la pérdida de herramientas de perforación, optimizar la selección de herramientas de perforación y los parámetros de perforación. En términos de la selección de herramientas de perforación, se debe dar prioridad al uso de cortadores de rodillos dentados o cortadores de rodillos. Los cortadores de rodillos dentados tienen una alta resistencia al desgaste, mientras que los cortadores de rodillos pueden triturar rocas al girar y triturar, mejorando la eficiencia de ruptura de la roca; Para rocas moderadamente meteorizadas, se pueden usar brocas de impacto para ayudar en la ruptura de la roca y reducir la pérdida de dientes de perforación. En términos de parámetros de perforación, reducir la velocidad de perforación (40-60 r/min), aumentar el torque (300-400 kN · m) y mejorar la capacidad de ruptura de la roca de la cuchara de perforación; La velocidad de perforación se controla entre 0,2 y 0,5 m/min para asegurar que los dientes de la broca rompan completamente la roca y evitar un mayor desgaste causado por una velocidad excesiva. Asimismo, durante el proceso de perforación, se realiza una limpieza oportuna de los restos de roca en el pozo y se utiliza la circulación de lodo para eliminar la escoria, reduciendo así la acumulación de residuos y la resistencia a la perforación. Se revisa periódicamente el desgaste de los dientes de la broca y se reemplazan los que estén muy desgastados a tiempo para evitar que el daño a los dientes afecte la eficiencia de la perforación y la calidad del pozo.

Geología de rocas duras: superando obstáculos, mejorando la eficiencia y optimizando la tecnología de perforación compuesta.

Los principales desafíos de la geología de roca dura (como rocas ligeramente meteorizadas, rocas frescas, etc.) son la alta resistencia de la roca, la buena integridad, la alta resistencia a la perforación, la gran dificultad para romperla, la eficiencia extremadamente baja de los métodos de perforación convencionales y la grave pérdida de herramientas de perforación, que son los principales cuellos de botella de la tecnología de perforación con equipos de perforación rotatorios. Para la geología de roca dura, es necesario adoptar una tecnología de perforación compuesta, que combine múltiples métodos de perforación, optimice las herramientas y los parámetros de perforación, y logre una mejora significativa en la eficiencia de la rotura de la roca. En cuanto a la selección de herramientas de perforación, se debe elegir una cuchara de perforación de cono de rodillos resistente al desgaste o una cuchara de perforación con dientes de corte, combinada con un equipo de perforación rotatorio de alta potencia para aumentar la capacidad de rotura de la roca; al mismo tiempo, se puede adoptar un modo de perforación compuesto de "perforación rotatoria + impacto". Primero, se utiliza la broca de impacto para romper la superficie de la roca, y luego la cuchara de perforación rotatoria se utiliza para limpiar los escombros de roca, alternando las operaciones para reducir la resistencia a la perforación y mejorar la eficiencia de la rotura de la roca. En cuanto a los parámetros de perforación, la velocidad de la plataforma se controla entre 30 y 50 rpm, y el par se incrementa a más de 400 kN·m para garantizar una potencia de perforación suficiente. La velocidad de perforación debe controlarse entre 0,1 y 0,3 m/min para evitar la sobrecarga de la herramienta y el daño a los dientes de la broca debido a una velocidad excesiva. Además, la inyección de lodo refrigerante durante la perforación reduce la temperatura de los dientes de la broca y minimiza el desgaste. Inspeccione periódicamente la conexión entre la barra de perforación y la cuchara para asegurar una conexión firme y evitar daños en los componentes causados por vibraciones, lo que podría afectar el progreso de la construcción.

Medidas generales de optimización: Estándares de mantenimiento y operación de equipos para garantizar una perforación eficiente.

Además de la optimización especializada para diferentes condiciones geológicas, garantizar el correcto funcionamiento y mantenimiento de los equipos de perforación rotativa es una medida de garantía universal para mejorar la eficiencia de la perforación y reducir las pérdidas. En cuanto al funcionamiento y mantenimiento del equipo, se debe realizar una inspección exhaustiva de los componentes principales, como el motor, el sistema hidráulico, la varilla de perforación y la cuchara de perforación de la plataforma de perforación, antes de la construcción para garantizar el funcionamiento normal del equipo; lubricar y proteger regularmente la varilla de perforación contra la corrosión, inspeccionar el desgaste de la cuchara de perforación y los dientes, y reemplazar las piezas vulnerables de manera oportuna; organizar razonablemente los cronogramas del equipo para evitar fallas del equipo causadas por operaciones de alta intensidad prolongadas y reducir los retrasos del proyecto. En cuanto a los estándares operativos, se requiere que los operadores reciban capacitación profesional, estén familiarizados con las técnicas de perforación y los ajustes de parámetros para diferentes condiciones geológicas, y sigan estrictamente el flujo de proceso optimizado para la construcción; durante el proceso de perforación, observe atentamente el estado de funcionamiento de la plataforma de perforación y la situación dentro del pozo, ajuste los parámetros de perforación de manera oportuna y aborde rápidamente los problemas (como el colapso de la pared del pozo y la perforación enterrada) para evitar que el problema se extienda; Al mismo tiempo, mantenga buenos registros de construcción, detallando los parámetros de perforación, la eficiencia de la perforación, el consumo de consumibles y otra información para las diferentes secciones geológicas, proporcionando datos de apoyo para la optimización posterior del proceso.

Verificación del efecto de optimización: reducir costos y aumentar la eficiencia, mejorar los beneficios generales del proyecto.

Al optimizar el proceso de perforación para diferentes condiciones geológicas, se puede superar eficazmente el cuello de botella de la perforación rotativa, logrando una doble mejora en la eficiencia de la construcción y los beneficios de la ingeniería. Los datos prácticos muestran que, tras la optimización, la eficiencia de perforación en suelos blandos aumentó entre 20% y 30%, en capas de arena entre 15% y 25%, en rocas erosionadas entre 30% y 40%, y en rocas duras en más de 40%. Al mismo tiempo, la pérdida de herramientas de perforación se redujo entre 15% y 20%, la tasa de aparición de problemas de calidad, como el colapso de la pared del agujero y la reducción del diámetro, se redujo en más de 60%, y el coste de retrabajo se redujo en aproximadamente 30%. Además, tras la optimización del proceso, la calidad de la formación de poros cumple más fácilmente con los estándares, se mejora la capacidad portante del cuerpo del pilote, lo que garantiza eficazmente la seguridad de la estructura de ingeniería, acorta el período de construcción, reduce los costos totales de mano de obra, consumibles, operación y mantenimiento de equipos, y genera mayores beneficios económicos y sociales para las empresas constructoras.