4 de abril de 2024 en Buenos Aires

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Riego: pautas para lograr una perforación eficiente

Criterios básicos para realizar una perforación de riego eficiente.

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La perforación de riego no es un aspecto menor en la ecuación de un emprendimiento de riego por diversos motivos. El primero de ellos es por el costo que dicha obra implica. Además, una perforación de bajo rendimiento y/o que arrastre arena originará una serie de problemas que llevarán inexorablemente al reemplazo del pozo con el costo que eso representa. Sin embargo, antes de que el pozo sea reemplazado, el productor generalmente transita un largo y penoso calvario que incluye: a) varias limpiezas del pozo a los efectos de extraer el embanque que produce el arrastre de arena; b) cambios periódicos de electrobombas, consecuencia de la rotura de los rotores, precisamente por el arrastre de arena; y c) excesivo costo energético, consecuencia del rendimiento decreciente del caudal que origina la progresiva obstrucción de los filtros por el embanque con arena y otras veces directamente por el entarquinamiento con bentonita.

Otro de los aspectos por considerar es el impacto sobre la eficiencia de riego. Si el equipo de riego se dimensionó, por ejemplo, para un caudal de 250 m3/hora y la perforación rinde un caudal menor a esa cifra, sólo quedan dos alternativas: aplicar una menor lámina de agua o bien reducir la superficie de riego proyectada originariamente.

¿De qué depende el éxito de una perforación?

De manera sintética puede sostenerse que el éxito de una perforación de riego, es decir, lograr una perforación de máximo rendimiento, depende esencialmente de la conjunción de tres factores:

1. Correcto diseño de entubado. Con esto se hace referencia a un conjunto de especificaciones, entre las cuales pueden mencionarse: a) diámetro de la cañería lisa y de los filtros por utilizar (que dependerá del caudal que se pretenda extraer); b) ranura de los filtros, que deberán determinarse es función de la geología de subsuelo; c) ubicación de los filtros en la columna de entubado; los tramos de filtros deberán enfrentarse a los niveles productivos que se detectaron en profundidad mediante la ejecución del pozo de estudio; y d) mezcla de grava por utilizar de manera de evitar el arrastre de arena.

El correcto diseño de entubado es un aspecto clave en el resultado de la perforación. Por este motivo es fundamental que el profesional que actúe como director técnico del proyecto sea un hidrogeólogo con amplia experiencia de campo. No basta –refiriéndome siempre a la protección de la inversión que el productor realizará– que el profesional que intervenga en la obra tenga el título de geólogo.

2. Calidad de los materiales empleados en el entubado. Se deberán utilizar materiales que garanticen el máximo rendimiento y vida útil. Con ello se evitará su deterioro a causa de la corrosión y/o rotura al no soportar los esfuerzos de tracción y compresión a los que estarán sometidos en profundidad.

3. Operatividad y pericia de la empresa de perforación. La empresa encargada de la obra deberá contar con una máquina que tenga suficiente capacidad perforante, como así también el equipamiento necesario para cumplimentar las maniobras de terminación de pozo. Además, la cuadrilla de perforación deberá tener una sólida experiencia para poder cumplimentar en tiempo y forma el diseño establecido por el hidrogeólogo. La pericia de la empresa de perforación que se contrate es muy importante y de gran incidencia en el éxito de la obra. Es bastante común, lamentablemente, escuchar en boca de perforistas la frase “el acuífero está flojo” para hacer referencia a que el bajo rendimiento obtenido en el pozo ejecutado es consecuencia del acuífero, cuando en realidad ello muchas veces se debe a defectos constructivos o impericia de la empresa de perforación que provoca, a partir del uso excesivo de bentonita, la obstrucción de los filtros e inclusive del propio acuífero, generando con eso un bajo rendimiento de la perforación debido a una desmesurada profundización del nivel dinámico; eso además se traducirá en un excesivo consumo eléctrico o de combustible (si los pozos funcionan con grupos electrógenos).

La falta de cumplimiento de algunas de las premisas citadas originará el fracaso de la perforación, ya sea por baja productividad y/o arrastre de arena. Esto último generará cuatro efectos perjudiciales inmediatos: a) embanque paulatino del pozo con la consiguiente disminución del caudal; b) deterioro del equipo de bombeo a partir del arrastre de arena); c) exceso en el consumo de energía al trabajar el equipo de bombeo con una perforación poco eficiente; y d) imposibilidad de conexión directa del pozo al sistema de riego, ya que obstruirá, con los granos de arena, el sistema de microaspersores y/o goteo.

Criterios básicos

Partiendo siempre de la base que, previamente a la ejecución de las perforaciones de riego, se realizó el correspondiente estudio hidrogeológico del área que se pretende poner en explotación, existe una metodología para trabajar con un alto coeficiente de seguridad que permita asegurar el adecuado rendimiento de la perforación.

Dicha metodología se basa, sencillamente, en el hecho de cumplimentar cinco etapas constructivas: a) ejecución de un pozo de reconocimiento estratigráfico en Ø8”; b) preparación del lodo de perforación; c) ejecución de la perforación de riego en Ø18” (si el pozo se entubará en Ø12”); d) realización de las maniobras de terminación de pozo; e) proceder al ensayo hidráulico de la perforación.

Ejecución del pozo

En la locación donde se construirá la perforación de riego debe realizarse, previamente a ésta, un pozo de reconocimiento estratigráfico con el objetivo de establecer para dicho lugar la litología que se presenta en el subsuelo, ya que dicha estratigrafía permitirá definir en qué sectores del acuífero deberán ir enfrentados los filtros, qué ranura deberán tener los mismos y qué mezcla de grava deberá utilizarse para frenar el pasaje de arena del acuífero al pozo.

Para ello el hidrogeólogo deberá controlar que el muestreo del pozo sea fidedigno, ya que si dicho muestreo no es llevado a cabo de manera correcta se terminará diseñando la perforación con filtros mal ubicados y de ranura errónea, todo lo cual puede derivar en una perforación de bajo rendimiento y/o con arrastre de arena.

Preparación del lodo de perforación

El lodo de perforación tiene, básicamente, dos funciones: a) impermeabilizar las paredes del pozo, venciendo la presión hidráulica del acuífero, para permitir que el pozo abierto que se está llevando a cabo no se desmorone; y b) elevar hacia la superficie el sedimento que es cortado por el trépano en profundidad, de manera de permitir el avance de la perforación, ya que de otra manera –si el sedimento queda en suspensión– se alcanzará el momento en que éste se depositará atrapando a la herramienta de corte y con ello el pozo se perderá.

Para lograr eficientemente los dos objetivos citados el lodo debe tener dos propiedades: baja densidad y alta viscosidad. ¿Por qué baja densidad? Porque de esa manera se asegura que las paredes serán impermeabilizadas y el acuífero no será invadido por el lodo. ¿Por qué alta viscosidad? Porque ello permitirá al sedimento –que está siendo cortado– ascender rápidamente hacia la superficie, evitándose así que el mismo quede flotando dentro del pozo, con los riesgos que ello acarrea.

Habitualmente los perforistas utilizan, como base para elaborar el lodo de perforación, bentonita. La bentonita es una variedad de arcilla que al mezclarse con agua genera un lodo espeso de alta viscosidad, pero también de alta densidad, con lo cual termina invadiendo la formación acuífera e impermeabilizando al acuífero propiamente dicho, lo cual debe evitarse para asegurar la producción del pozo. Cuando la bentonita invade al acuífero, su posterior extracción es muy difícil, por lo que el impacto sobre el rendimiento de muchos pozos así ejecutados es directo.

En otros casos la bentonita migra con el tiempo a través de la grava y termina obstruyendo los filtros. Generalmente, con un tiempo de uso, ese proceso se manifiesta por un rendimiento cada vez menor del pozo y termina cuando el pozo colapsa por una depresión excesiva o bien cuando su uso ya no es viable por el exiguo caudal que eroga o cuando aparece arena a causa de la alta velocidad que se genera a nivel de las escasas ranuras de filtro que aún permanecen abiertas (que en definitiva conforman la única vía para el ingreso del agua desde el acuífero).

Ahora bien, si en lugar de bentonita se utiliza polímero orgánico biodegradable se evita toda la problemática que genera la bentonita. ¿Por qué? Porque el polímero tiene dos propiedades distintivas principales respecto de la bentonita: a) tiene casi la misma densidad que el agua y, por ese motivo, no invade el acuífero y su acción sólo se limita a formar un revoque de poco espesor que impermeabiliza las paredes del pozo; y b) su vida útil es de tres días; pasado ese lapso de tiempo se disuelve espontáneamente, condición que no se presenta en la bentonita, ya que al ser una arcilla, si no se la retira del pozo por acción mecánica/hidráulica (jetting, sobrebombeo, pistoneo), puede permanecer en el mismo para siempre. En líneas generales, el polímero es diez veces más eficiente que la bentonita (igual rango debe aplicarse a su diferencia de precio con esta última) (ver foto 1).

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Foto 1. Preparación del lodo de inyección en base a polímero orgánico

Foto 1. Preparación del lodo de inyección en base a polímero orgánico

Ejecución de la perforación de riego

Una vez preparada la inyección, si el pozo será entubado –como en el caso que estamos planteando– en Ø12”, se inicia la perforación del mismo en Ø18” (ver foto 2).

Mientras se perfora se va preparando, en superficie, la columna de entubado de acuerdo al diseño establecido. Es esencial que los materiales se hallen en boca de pozo, antes de iniciarse la perforación propiamente dicha, por dos motivos: a) para no correr el riesgo de concluir el pozo sin que los materiales hallan llegado, lo cual puede llevar al desmoronamiento de la perforación; y b) para controlar la calidad de los materiales y ver si la misma condice con lo establecido en el pliego de especificaciones técnicas.

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Foto 2. Vista de los trépanos de Ø8” y Ø18”

Foto 2. Vista de los trépanos de Ø8” y Ø18”

La cañería lisa, por ejemplo, no sólo deberá tener un determinado espesor (5,56 mm o 6,35 mm), sino que también deberá encontrarse frenteada y biscelada. El frenteado posibilita el acople perfecto entre los distintos tramos y con ello asegura el alineamiento del entubado. El biscelado, por su parte, asegura una buena soldadura entre los tramos (foto 3). Además deben controlarse los filtros y analizar si los tramos cuentan con la ranura especificada y con la cantidad de varillas solicitadas y si éstas tienen el diámetro correcto.

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Foto 3. Vista del frenteado y biscelado en un extremo de la cañería lisa Ø12”

Foto 3. Vista del frenteado y biscelado en un extremo de la cañería lisa Ø12”

Alcanzada la profundidad final y luego de constatarse la inexistencia de retorno de sedimento en la inyección que llega a superficie, la inyección se normaliza y aliviana para proceder al entubado (foto 4).

Concluido el entubado, debe procederse de manera inmediata al engravado del pozo. Engravar el pozo significa rellenar el espacio anular (es decir el “hueco” que queda entra la pared del pozo de Ø18” y el entubado de Ø12”) con grava seleccionada de acuerdo a la granometría del sedimento que aloja al acuífero. La grava es el verdadero filtro del pozo, ya que su función es evitar que la arena del acuífero pase al pozo. Los filtros que componen el entubado solamente conforman una estructura para sostener la grava y facilitar el ingreso de agua, pero no para “parar” la arena; de esto último se encarga el prefiltro de grava; de allí la importancia de la granometría apropiada y esfericidad de los granos que componen el mismo.

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Foto 4. Vista del entubado en Ø12” de la perforación

Foto 4. Vista del entubado en Ø12” de la perforación

La cantidad de grava que llevará el pozo depende, por supuesto, del diámetro al que fue perforado y entubado y de su profundidad. Un pozo de 120 metros de profundidad, con los diámetros anteriormente citados, necesitará el agregado de 14 toneladas de grava seleccionada.

Con el engravado del pozo concluyen aquello que se conoce como maniobras básica en la ejecución de la perforación, restando la materialización de aquellas que permitirán abrir la perforación y lograr la máxima conexión hidráulica entre el pozo y el acuífero.

Maniobras de terminación de pozo

En esta fase se incluye la ejecución de dos tareas esenciales para el éxito de la perforación: aplicación de jet de alta presión y desarrollo.

La maniobra de jetting se basa en bajar un dispositivo que tiene unos pocos orificios en su extremo a los efectos de que el agua ingresada desde superficie salga en profundidad en forma de chorros y con alta presión. Ello permite remover la grava eliminando los finos y romper el revoque formado en la pared del pozo por el polímero. La tarea de jetting se aplica metro a metro de filtro e insume aproximadamente unas 12 horas.

Concluida la aplicación de jet de alta presión, se levanta herramienta y se baja una electrobomba que permita extraer un caudal de 300 m3/hora (siempre en el caso citado como ejemplo, ya que la potencia del equipo que se instale dependerá de la potencia del acuífero). Instalada la electrobomba, se procede a aplicar aquello que genéricamente se denominan “golpes” y que consisten en el encendido y apagado del equipo de bombeo a caudales crecientes. La finalidad del desarrollo es extraer el material de granometría fina, abrir la formación acuífera y lograr la máxima conexión hidráulica entre el acuífero y la perforación (ver fotos 5 y 6). La limpieza y desarrollo del pozo constituyen las dos últimas maniobras constructivas de la perforación.

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Foto 5. Instalación de la electrobomba para desarrollo del pozo

Foto 5. Instalación de la electrobomba para desarrollo del pozo

Terminada la limpieza y desarrollo del pozo, la etapa siguiente es establecer fehacientemente su caudal y rendimiento. Para ello deben llevarse a cabo dos tipos de ensayos hidráulicos: un ensayo a caudal variable y otro ensayo a caudal constante.

El primero de ellos permitirá, aplicando caudales crecientes, definir la variación del rendimiento de la perforación y, de esa manera, establecer cuál es el caudal óptimo de extracción desde el punto de vista estrictamente hidráulico del pozo.

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Foto 6. Final del desarrollo (agua cristalina y sin arrastre de arena). Caudal: 350 m3/hora

Foto 6. Final del desarrollo (agua cristalina y sin arrastre de arena). Caudal: 350 m3/hora

Ensayo hidráulico de la perforación

El otro ensayo por materializar será a caudal constante: tendrá una duración mínima de 24 horas y posibilitará definir más claramente el funcionamiento de la perforación en el tiempo, así como también establecer parámetros hidráulicos del acuífero que permitirán ajustar los distanciamientos entre las distintas perforaciones (esto a los efectos de evitar depresiones excesivas como consecuencia de la unión de los conos de depresión generados por cada extracción individual; ver gráfico 1).

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Gráfico 1. Corte esquemático de un cono de depresión

Gráfico 1. Corte esquemático de un cono de depresión

Para materializar el ensayo se debe disponer de grupo electrógeno, cañería de drenaje de acople rápido, caudalímetro y sondas piezométricas para medir la evolución del nivel dinámico durante el ensayo (ver foto 7)

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Foto 7. Vista de la cañería de drenaje, caudalímetro y sonda piezométrica

Foto 7. Vista de la cañería de drenaje, caudalímetro y sonda piezométrica

El costo del servicio

Es muy común ver que el productor agropecuario, además de cubrir el costo de la perforación, es también una suerte de “socio solidario” en sus resultados. Esto no tiene porqué ser así. En realidad el pago de la perforación debe quedar sujeto al cumplimiento de una serie de condiciones de aprobación –más allá de la metodología de trabajo que deberá seguirse y de los materiales que deberán emplearse– entre las cuales puede citarse: a) caudal mínimo por obtener; b) caudal específico mínimo a cumplimentar; c) arrastre de arena máximo que se permitirá; d) alineamiento; y e) tiempo de ejecución máximo de obra que se aceptará.

Por este motivo es recomendable que se entregué como anticipo sólo un pequeño porcentaje del monto total presupuestado por el perforista y el porcentaje restante quede sujeto a la aprobación total o parcial (es decir con deducciones) de la obra por parte del hidrogeólogo que actúe como representante técnico del productor.

Jorge R. Mugni. Hidrogeólogo

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