PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA PERCORSO DI ABILITAZIONE

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1 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA PERCORSO DI ABILITAZIONE

2 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA Dott. Geol. Maurizio Gorla Responsabile Ufficio Geologia CAP Holding S.p.A. PROGETTAZIONE DEI POZZI PER ACQUA

3 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA Progettazione dei pozzi per acqua TECNICHE NUOVE E TECNICHE ANTICHE 2

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5 Indice degli argomenti trattati Studio idrogeologico dell acquifero e progetto del pozzo Scelta della tecnica di perforazione Definizione dei caratteri geometrici del foro (profondità e diametro) Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo (casing( casing,, filtri, drenaggio, cementazioni) Sviluppo del pozzo Collaudo del pozzo Gestione dei residui della perforazione Ipotesi di completamento del pozzo

6 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA Progettazione dei pozzi per acqua STUDIO IDROGEOLOGICO TECNICHE DI PERFORAZIONE 2

7 Studio idrogeologico dell acquifero acquifero Lo studio idrogeologico deriva da raccolta, elaborazione e analisi dei dati relativi a: precedenti studi geologici alla scala del sito e/o regionale informazioni riguardanti le perforazioni effettuate nell ambito della zona d interessed integrazioni tra le varie tipologie di dati, per l individuazione l di peculiarità dell area esaminata (i.e. livelli preferenziali di flusso idrico, paleoalvei,, ecc.) o problematiche che limitano la produttività idrica dei pozzi (e.g. geometrie lenticolari, spessori di materiali a basso grado di permeabilità,, condizioni di anisotropia/eterogeneità del sistema) Obiettivi fondamentali della ricostruzione geologica-idrogeologica idrogeologica sono: definizione dell assetto geologico del sistema acquifero investigato relazione fra proprietà litologiche dei terreni e modalità di circolazione idrica sotterranea, nonché interazioni fra acqua e matrice solida comparazione dei nuovi dati rispetto alla precedente previsione della configurazione geologica implementazione della scelta dei siti dove trivellare nuovi pozzi i (valutazione iterativa del dato idrogeologico) corretta e logica organizzazione dei dati (banca dati, modelli numerici, n ecc.) Scopo finale dello studio idrogeologico è fornire un affidabile quadro d insieme d del sistema acquifero!!!

8 .. Progetto del pozzo Il progetto di un pozzo èladefinizione delle varie componenti del pozzo, partendo dalla determinazione della sua profondità e del suo diametro (tecnica di perforazione), per passare poi alla scelta dei materiali che vanno a colmare lo spazio perforato, e procedere infine con la pianificazione delle modalità ottimali di sviluppo e spurgo del pozzo, da effettuarsi sempre prima dei test di campo conclusivi Scopo finale del progetto è definire l ipotesi l di completamento del pozzo (base del computo metrico)

9 Scelta della tecnica di trivellazione La scelta del tipo di trivellazione è sostanzialmente in funzione dei seguenti fattori: diametro del foro profondità a cui s intende s spingere la perforazione litologie da attraversare (terreni o rocce) Queste variabili influenzano anche notevolmente tempi e risultati i della trivellazione. Quindi, optare per una procedura piuttosto che per un altra può determinare il successo oppure l insuccesso l del progetto Litologia Percussione Rotazione Roto-percussione Trovanti e massi Sabbia e ghiaia sciolta Rapido Rapido Non possibile Limo Difficile Argilla Rapido Non possibile Marna Abbastanza rapido Rapido Difficile Conglomerato e arenaria teneri e fratturati Lento Difficile Conglomerato e arenaria compatti Non possibile Lento Rapido Calcare cavernoso Calcare compatto Rocce ignee e metamorfiche Lento Non possibile Non possibile Rapido Lento Difficile Rapido

10 Variabili tecniche Percussione Rotazione Roto-percussione Scelta della tecnica di trivellazione Diametro di perforazione Tra i 400 e i mm Morsa giracolonna (max( 1500) mm Colonna filettata (max 800) mm Infissione mm A circolazione diretta Fino a 450 mm (al di sopra di tale valore il metodo è antieconomico) A circolazione inversa Troppo costosa per diametri superiori a 14 3/4 Profondità di perforazione (max( 200) m Praticamente illimitata per pozzi per acqua Range ottimale tra m e m Anche molte centinaia di metri, purché non si formi in pozzo un battente d acqua d che prevalga sulla pressione disponibile al compressore Tipologia di terreno perforabile Terreni incoerenti anche con granulometria dei massi, notevoli difficoltà o impossibilità per la perforazione di rocce Tutti i tipi di terreno e di roccia. Limitazioni con litotipi molto fessurati (assorbimento di fango) Predilige terreni incoerenti; possibile anche per arenarie e conglomerati, in disuso per rocce Soprattutto rocce molto dure e formazioni carbonatiche fratturate Identificazione degli acquiferi Buona caratterizzazione granulometrica e litologica, nonché facilità di valutazione del chimismo della falda La caratterizzazione idrochimica difficile e rischiosa ; problematica l identificazione dei livelli produttivi porosi. Non idonea per formazioni rocciose, Possibile definire il profilo chimico della falda con prova in avanzamento (il costo cresce con la profondità di esecuzione). Ottimo dettaglio per identificazione degli orizzonti produttivi e determinazione delle variazioni verticali della granulometria. Non adatta per formazioni rocciose Caratterizzazione idrochimica possibile e a costi molto modesti. L uso del martello fondo foro permette il riconoscimento immediato dei livelli produttivi, per perforazioni in roccia. Non idonea per i terreni alluvionali Applicazione ottimale Pozzi in terreni incoerenti e con profondità contenuta (indicativamente, 50 m per la colonna filettata e 100 m per la morsa giracolonna). Pozzi di piccolo diametro, spinti anche a grande profondità Pozzi in depositi alluvionali con profondità tra 100 e 400 m, con diametri da 500 a 1200 mm Pozzi di piccolo diametro e di elevata profondità,, in terreni coerenti e molto duri

11 Gestione dei residui della perforazione Stabilire già in fase di progetto cosa fare di tali prodotti di scarto Durante la realizzazione di un pozzo si generano residui solidi (terre e rocce di scavo) e fluidi (fango( e acqua di circolazione), oltre che acque di scarico (nelle( fasi di sviluppo e collaudo). Alla luce della nuova normativa (D.Lgs( D.Lgs.. 4/2008, che riscrive completamente l art. l 186 del D.Lgs.. 152/06), tali residui di perforazione possono essere considerati: materiali da re-impiegare nello stesso cantiere di trivellazione (riuso in sito) sottoprodotti o materiali idonei per rinterri, riempimenti, rimodellazioni e rilevati, andando incontro ad un piano di riutilizzo e svincolandosi così dal regime dei rifiuti (riuso ex sito). Necessari progetto ad hoc e relazione tecnica!! rifiuti sottoposti ad un piano di recupero (destinazione R sul formulario rifiuti) o smaltimento (destinazione D sul medesimo formulario), con codici CER ( fanghi e rifiuti di perforazione per acque dolci ) ) e CER ( terre( e rocce di scavo )

12 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA Progettazione dei pozzi per acqua CARATTERI GEOMETRICI DEL POZZO 2

13 Definizione dei caratteri geometrici del perforo Profondità La profondità di progetto è funzione diretta del: profilo stratigrafico del sottosuolo chimismo delle varie falde esistenti Vale a dire che il foro deve avere una profondità tale da soddisfare la richiesta di acqua sia dal punto di vista quantitativo (captare le falde più produttive o gli strati maggiormente permeabili) sia da quello qualitativo (prelevare acqua priva di contaminanti oppure esente da sostanze indesiderate) Un pozzo dovrebbe essere completato fino alla base della falda, perché: > spessore saturo captato, > portata specifica abbassamenti più elevati, quindi produttività maggiori si può tenere una certa portata anche nei tempi di secca della falda o di sovrapompaggio Eccezioni a questa regola sono rappresentate da acquiferi: confinati e uniformi (filtro centrato fra limiti di tetto e letto, per > efficienza idraulica) con spessori molto elevati, per cui diventa antieconomico raggiungerne la base, soprattutto se caratterizzati da acque di scarsa qualità

14 Definizione dei caratteri geometrici del perforo Diametro È in stretta relazione con il metodo di perforazione impiegato e con il successivo dimensionamento della colonna di rivestimento (numero e diametro) Inoltre, il diametro va selezionato in base a: portata d acqua d che si ha intenzione di estrarre volumi idrici che la falda può darci (prelievo sostenibile anche e su medio-lungo periodo) È quindi necessaria un attenta analisi del bilancio (entrate-uscite) dell acquifero, valutando il rapporto tra entrate ed uscite idrogeologiche, ossia a stimando già in questa fase la portata captabile e di conseguenza il diametro più idoneo per posizionare poi in foro, durante la fase di completamento del pozzo, una o più colonne di rivestimento definitive

15 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA Progettazione dei pozzi per acqua COMPLETAMENTO DEL POZZO 2

16 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Casing (tubazione di rivestimento cieca) Il diametro del casing deve essere selezionato in modo da soddisfare due requisiti: abbastanza largo da consentire l alloggiamento l definitivo della pompa, e un sufficiente spazio di manovra per la sua posa in foro, tenendo conto dell ingombro delle eventuali flange della tubazione di mandata, che rappresentano un disturbo una velocità di flusso ascendente (uphole( velocity) ) pari o inferiore a 1-1,51 1,5 m/s (5 ft/s) dai filtri alla pompa e di 2-2,52 2,5 m/s all interno della tubazione di mandata, così da non incorrere in perdite di carico eccessive Il materiale (acciaio o materie plastiche) che va a formare la colonna di produzione cieca è funzione di: qualità dell acqua da captare (corrosiva o incrostante) profondità del pozzo, che influisce sulla resistenza allo schiacciamento diametro del perforo, il quale incide anch esso sulla resistenza del materiale adottato costi di posa in opera, connessi specialmente con profondità/diametro dei tubi procedure di trivellazione norme statali o locali

17 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Casing (tubazione di rivestimento cieca) Lo spessore è dimensionabile con: Acciaio D/s = 50 PVC D/s = 20 D = diametro esterno del casing (cm) s = spessore del casing (cm) Per i tubi in acciaio si assume una pressione di schiacciamento teorica di 25 bar, mentre per quelli in PVC tale valore scende a 7 bar

18 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Filtri (tubazione di rivestimento fenestrata) Devono possedere alcune caratteristiche basilari, ovverosia devono avere: idoneo diametro, per dar luogo a minime perdite di carico al loro o interno aperture (slots( slots) ) di dimensioni tali da opporsi al trascinamento e all accumulo accumulo di sabbia in pozzo, durante la sua fase di esercizio fenestrature sagomate in modo opportuno, allo scopo di impedire che i granuli i di terreno non possano intasarle od ostruirle rapporto superficie aperta/superficie totale (area filtrante) il più possibile elevato aperture uniformemente distribuite su tutta la lunghezza del filtro slots con forma idonea ad offrire una modesta resistenza al flusso idrico e quindi ridotte perdite di carico appropriata resistenza meccanica allo schiacciamento composizione tale da essere il più possibile insensibili alla corrosione lunghezza adatta a captare la totalità o quasi dello spessore dell acquifero (vale soprattutto per falde confinate, mentre per quelle libere è consigliabile posizionare i filtri nella porzione inferiore, così da non scoprirli durante il pompaggio)

19 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Filtri (tubazione di rivestimento fenestrata) Altri importanti parametri dei filtri sono: diametro: : scelto in modo tale da soddisfare il principio per cui la velocit cità di ingresso dell acqua non superi il valore di progetto di 3 cm/s lunghezza: : in relazione diretta con lo spessore dell acquifero, l abbassamento l sostenibile e la geometria della stratificazione dei materiali costituenti c la falda Q L f = π D f vcrit. L f = lunghezza ottimale del filtro (m) Q = portata che si prevede di emungere dal pozzo (m 3 /s) D f = diametro esterno del filtro (m) v crit = velocità d ingresso dell acqua nei filtri (m/s)

20 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Filtri (tubazione di rivestimento fenestrata) luce: : per pozzi in terreni alluvionali, usualmente completati con un manto drenante, si deve avere un apertura tale da trattenere almeno il 90% del dreno (luce L = D 90 ), a seguito dello sviluppo. Inoltre, se l acquifero l è: - eterogeneo, la luce dei filtri deve risultare pari al d 30 o al d 40 del terreno (L( = d 30, d 40 ) - omogeneo, la luce dei filtri deve avere le dimensioni del d 10 del terreno (L( = d 10 ) superficie filtrante (= superficie aperta/superficie totale) - mai meno del 10% - non inferiore al valore di porosità n dell acquifero (altrimenti forte incremento della velocità dell acqua, quindi perdite di carico idraulico non sopportabili da parte del pozzo) Livello ottimale di area filtrante = 20-25%, 25%, poiché circa il 50% delle fenestrature va incontro ad un fenomeno d intasamentod I filtri in commercio esibiscono valori inferiori a quelli ottimali: - a ponte raramente superano il 15% (mediamente fra l 8% l e il 10%) - a spirale continua variano da un 6% a un 40% (f(dimensione slot))

21 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Dreno - funzioni Il dreno serve a: colmare l intercapedine l perforo-colonna di produzione, in modo tale da mantenere il foro aperto e prevenire eventuali scavernamenti (stabilizzatore della formazione) ridurre o eliminare l ingresso l di sabbia in pozzo durante le fasi di pompaggio permettere la posa di filtri con aperture più grandi aumentare la permeabilità del terreno acquifero nelle immediate vicinanze del foro far calare le perdite di carico idraulico stabilire una velocità di transizione graduale fra la formazione acquifera e i filtri

22 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Dreno - dimensionamento Il dimensionamento del dreno richiede innanzitutto un analisi granulometrica del terreno acquifero, effettuata (in laboratorio o in cantiere) allo scopo di valutare le dimensioni dei grani che lo compongono e le rispettive percentuali La curva granulometrica viene usata principalmente per determinare: il grado di uniformità del terreno U U < 5 t. omogeneo U > 5 t. eterogeneo il diametro efficace, grazie a cui stimare poi K empiricamente

23 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Dreno - dimensionamento Calcolo della granulometria del dreno sulla base di quella dell acquifero Molteplici metodi empirici (Cedergren( Cedergren, Fuchs, Anderson,, ecc.), che differiscono unicamente per i valori dei coefficienti moltiplicativi da applicare ai vari diametri del terreno, per ricavare i corrispondenti diametri ottimali del dreno

24 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Dreno - dimensionamento Si consiglia di mettere sempre in esercizio un dreno artificiale quando la curva granulometrica dell acquifero evidenzia: U < 2,5, d 60 < 0,5 mm e d 10 > 0,03 mm Dreno - spessore e lunghezza Se il dreno assolve alla sola funzione di filtro, lo spessore minimo di riferimento è compreso tra gli 8 e i 10 cm, mentre se si desidera che esso provochi anche un aumento della conducibilità idraulica, è indispensabile creare un manto drenante più spesso, dell ordine di cm Per quanto attiene alla lunghezza del tratto drenato, occorre sottolineare come esso vada prolungato per qualche metro al di sopra del tetto del filtro più superficiale e vada spinto fino al bottom del filtro più profondo

25 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Cementazione - materiali boiacca di cemento,, ossia acqua + cemento (classe A o B norme API). In presenza di acque aggressive (solfati o cloruri) occorre impiegare cementi speciali s (con alluminato tricalcico o magnesio) Il volume della boiacca si determina con la formula: V = π/4 (D f2 D t2 ) L argilla (pura di cava o montmorillonitica ad alta % di rigonfiamento). In ogni caso deve essere un materiale che assicuri una buona impermeabilità (K < 10-8 m/s) calcestruzzo.. Utilizzabile solo per sigillare la parte più superficiale del pozzo (avam( avam- pozzo) ) e sostituibile con cementi aerei in climi freddi

26 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Cementazione - tecniche operative Cementazioni selettive Problema!!! Annulus stretto

27 Definizione delle caratteristiche di completamento del pozzo Parametri di dimensionamento del pozzo

28 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA Progettazione dei pozzi per acqua SVILUPPO DEL POZZO 2

29 Sviluppo del pozzo Si tratta di un flusso alternato di acqua che si pone alcuni obiettivi principali: riparare i danni provocati alla formazione acquifera a seguito delle operazioni di terebrazione estrarre la frazione più fine dei terreni permeabili, in maniera tale da migliorarne la conducibilità idraulica e la porosità a scala locale per pozzi trivellati con circolazione di fango bentonitico,, rimuovere il pannello che riveste le pareti del foro alterare le caratteristiche fisiche di base della falda nelle vicinanze del foro, creando una zona attorno ai filtri entro cui l acqua l fluisca verso il pozzo più facilmente e priva di sabbia, rompendo gli eventuali ponti di ghiaia pompaggio sviluppo

30 Sviluppo del pozzo Già in fase di progetto occorre pianificare tempi (1 o più giorni) e modi (air( air-lift, pistonaggio,, pompaggio, ecc.) dello sviluppo del pozzo, poiché ciò incide sul costo complessivo della realizzazione dell opera Lo sviluppo è influenzato da alcuni fattori costruttivi: caratteristiche del drenaggio (granulometria( granulometria,, spessore) area filtrante e geometria degli slots (importante avere la massima superficie aperta) dimensioni degli slots,, per trattenere il 90% del dreno tipo di fluido di perforazione tipo di formazione acquifera

31 Sviluppo del pozzo Un buon sviluppo significa anche un pozzo con maggior produttività (Q/s)) ed efficienza!!

32 PATENTINO PER PERFORATORE DI POZZI PER ACQUA Progettazione dei pozzi per acqua IL PROGETTO DEL POZZO 2

33 Ipotesi di completamento del pozzo Vanno riportati in essa tutti gli elementi utili per la successiva gestione ottimale del cantiere di perforazione!!!! Ossia. L ipotesi di completamento è il compendio di tutte le informazioni derivate sia dallo studio idrogeologico che dall analisi analisi dei materiali da impiegare nella realizzazione del pozzo

34 Bibliografia Progettazione dei pozzi per acqua