ES2251874B1 - Procedimiento de instalacion de drenes horizontales para la captacion de agua marina. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de instalación de drenes horizontales para la captación de agua marina del tipo de los que utilizan perforación horizontal dirigida (PHD) con ensanchamiento mediante escariadores y utilización de lodos de perforación para consolidación de las galerías practicadas, y posterior instalación de los drenes; en el cual la perforación horizontal dirigida (PHD), simple o múltiple, se realiza desde detrás de la línea de costa y dirigida hacia el mar, atravesando estratos sumergidos productivos predeterminados; en las perforaciones realizadas se introducen sendos drenes tubulares, ranurados o perforados únicamente en los tramos en correspondencia con las zonas productivas previstas, siendo ciegos en el resto de tramos; el espacio entre perforación y dren se sella en las partes no productivas.

Description

Procedimiento de instalación de drenes horizontales para la captación de agua marina,

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de instalación de drenes horizontales para la captación de agua marina.

Antecedentes de la invención

En la actualidad la captación de agua marina destinada a usos tales como tratamientos de desalación, procesos de refrigeración, usos recreativos o deportivos, etc. puede realizarse mediante varias técnicas, entre las que destacan las siguientes:

Captación por toma abierta: directa del agua de mar, que se realiza mediante un emisario submarino que se adentra en el mar a una distancia predeterminada, la cual está en función de las características físicas del medio marino y batimetría del fondo. El extremo sumergido del tubo emisario va provisto de una alcachofa abierta para la entrada directa del agua de mar succionada por equipos de bombeo instalados en el continente.

Captación mediante pozos verticales: pozos más o menos profundos que se realizan en tierra, penetrando por debajo de la superficie de interfase agua dulce-salada existente en la vertical de la línea de costa. El agua marina penetra por los poros existentes en el macizo rocoso granular del fondo marino en el continente hasta llegar a un equilibrio hidrostático con el flujo de aguas dulces procedentes de tierra que descargan en el mar. Los pozos verticales que deseen bombear agua marina deben penetrar por debajo de dicha superficie de equilibrio para acceder al agua salada e instalar los correspondientes tubos filtrantes en su fondo, en los cuales se colocara una bomba que bombeará estas aguas saladas. En ese caso, el terreno actúa como una filtración natural obteniendo aguas de excelente calidad física y química, con temperaturas prácticamente constantes a lo largo de todo el año sin influencias climáticas exteriores.

Ambos procesos presentan sus inconvenientes. En el primero de los casos, es debido a la captación directa del agua, con la existencia de elementos en suspensión y variaciones de temperatura propias de la misma. En el segundo de los casos, debido a que si la permeabilidad del subsuelo no es suficientemente alta, se precisa la implementación de bombeos con grandes descensos dinámicos del nivel freático, lo que dará lugar a conos de bombeo muy profundos que pueden inducir flujos del agua dulce contenida en la parte superior de la formación acuífera explotada. Esto implica una variación en la composición química de las aguas bombeadas, así como una afección importante de las aguas dulces del acuífero regularmente explotado por otros usuarios, provocando o acelerando el proceso de intrusión marina en las aguas dulces del continente. También en este caso la existencia de conos de bombeo profundos puede dar lugar a flujos de agua de elevado gradiente que provocan arrastre material fino contenido en el acuífero hacia los pozos de bombeo, aumentando la turbidez y arrastres de sólidos en el agua bombeada, lo cual perjudica a los procesos posteriores de filtrado y tratamientos, encareciendo el proceso general de captación.

Además, en caso de requerirse grandes caudales de captación, será necesaria la construcción de baterías de pozos espaciados entre sí para no provocarse afecciones de bombeo dinámicas, con lo que será necesario la disponibilidad de una amplia superficie ocupada por dichas baterías de pozos, circunstancia que puede suponer un inconveniente en zonas costeras turísticas y de escasa disponibilidad.

Como antecedente de la invención se conoce la patente alemana DE4313221, que describe un procedimiento para colocar tuberías subterráneas para diversos líquidos, entre ellas drenes, así como medios de trabajo para esta obra.

En esta patente se utiliza el método de Perforación Horizontal Dirigida (PHD) para excavar galerías subterráneas, y se introduce el dren protegido con una camisa que se retira una vez instalado.

El problema del procedimiento de esta patente es, en primer lugar, que la camisa protectora del dren incurre en costes de material y mano de obra, así como que ralentiza la ejecución de los trabajos.

Igualmente el sobredimensionamiento necesario para la introducción de la camisa de protección implica un mayor coste económico del proyecto.

Otro problema consiste en que el dren instalado según este procedimiento puede afectar a distintos niveles freáticos que pueden tener distintos contaminantes, e incluso provocando afectaciones en estratos sanos por parte de otros contaminados; por lo tanto, la captación de aguas no resulta adecuada para usos recreativos o desalación, además del efecto negativo de la contaminación de los estratos sanos ya mencionado.

Además, el sistema utilizado no contempla ningún sistema de eliminación del detritus de sellado de la perforación, disminuyendo el rendimiento del dren.

Por último, en esta patente se efectúan unos trabajos de ensanchamiento mediante la introducción de un escariador desde el extremo opuesto al punto de inicio de la perforación. Esto implica que los lodos de perforación escaparán lógicamente por el lado ensanchado, que en perforaciones hacia el mar será precisamente hacia éste, por lo que los lodos no se recuperarán y generará contaminación en el mar.

Descripción de la invención

El procedimiento de la invención comprende, tras los pertinentes estudios hidrológicos y geotécnicos de viabilidad y localización de tramos o zonas productivas, la realización de una perforación horizontal dirigida (PHD), excavando uno o más sondeos desde el continente, en una zona cercana a la línea de costa, y dirigidos hacia el mar atravesando zonas previstas de permeabilidad suficiente, tanto por porosidad como por fracturación, para asegurar en todo momento la recarga del acuífero marino a explotar, y hasta alcanzar el lecho marino mediante un tramo final ligeramente ascendente.

El sistema PHD permite dirigir el cabezal de perforación para conseguir realizar perforaciones o sondeos de gran longitud (más de 600 m) dentro del estrato acuífero productivo. Esta tecnología permite realizar las perforaciones desde tierra y saliendo al mar sin afectar el tramo intermedio. Para la localización de la cabeza de perforación se utilizan sistemas de navegación magnéticos, con una precisión de localización centimétrica, permitiendo la reconducción del sondeo para conseguir unos óptimos objetivos. Esta parte del proceso se conoce como perforación piloto.

Tras la perforación piloto, se procede al ensanchamiento por empuje extrayendo de detritos mediante la inyección de lodos, y a continuación la introducción de un dren tubular en la galería para la captación de agua a través del estrato productivo. Las aberturas de los drenes, ya sean taladros u orificios, se disponen únicamente en correspondencia con las zonas productivas previstas antes de colocar el dren, donde se encuentra la permeabilidad del suelo más favorable, y con el fin de evitar captaciones en zonas no deseadas. El extremo del dren puede quedar accesible desde el lecho marino, instalando en este caso un tapón practicable a efectos de mantenimiento, o bien se puede remeter ligeramente de forma que el tubo quede enterrado y no accesible desde el lecho o fondo marino.

Seguidamente se efectúa una limpieza succionando los lodos de perforación y detritus que consolidan la excavación PHD, y que no son necesarios una vez introducido el dren.

A continuación se sella el espacio entre la perforación y dren en las zonas previstas como no productivas, especialmente en los tramos inicial y final, con el fin de impedir la captación en estas zonas. Con esto se protege el área filtrante de posibles intrusiones no deseadas de aguas dulces continentales procedentes de la descarga costera, o de agua marina inmediata al tramo final de salida en el fondo marino.

En caso de instalaciones múltiples, los drenes se dispondrán preferentemente en abanico, ramificándose desde un punto concentrado de captación en tierra para evitar la afección mutua entre la captación de los distintos drenes.

En el perfil longitudinal del dren instalado se puede situar el punto de recogida de aguas en el continente a una cota menos profunda que el tramo de captación, con lo cual se precisará bombeo directo para la extracción del agua recogida en el dren; También puede situarse del punto de recogida en el continente una cota a mayor profundidad que el tramo de captación, produciéndose una escorrentía natural hacia aquella, donde se dispondrá una arqueta de bombeo, que podrá ser aprovechada para varios drenes en captaciones múltiples.

El procedimiento de la invención tiene, por tanto, las siguientes ventajas:

- Ubicación del punto de captación por detrás de la línea marítimo terrestre, ocupando un reducido espacio, en el caso de no tener permiso de costas para ocupación en dicha zona.

- La nula afectación física de la línea de costa, puesto que los trabajos de perforación para la instalación de los drenes horizontales se pueden iniciar fuera de la zona marítimo terrestre, ocupando un espacio reducido.

- Ausencia de afecciones al hábitat marino y a las actividades marítimas y deportivas en el mar.

- Eliminación de la necesidad de excavación de zanjas en el fondo marino cuando la instalación de drenes, evitándose las voladuras, construcción de espigones, dragados del fondo, etc. por lo que la afectación del medio marino físico y biológico es nula.

- Nula afectación sobre el dren horizontal de la acción erosiva dinámica marina por parte del oleaje, mareas y corrientes, ya que el dren está perforado y enterrado en el propio subsuelo marino, y por lo tanto protegido de su alcance o destrucción.

- Obtención de agua con calidad igual a la del mar, con temperatura constante, mediante su captación a través del subsuelo del fondo marino.

- Filtración del agua marina a través del subsuelo marino permeable, eliminando la turbidez.

- Recarga permanente del acuífero de agua salada en el mismo fondo marino, evitando las posibles creaciones de cuñas de intrusión marina que avancen hacia el continente.

- Temperatura homogénea del agua captada.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra un esquema ilustrativo del dren a instalar mediante el procedimiento de la invención.

La figura 2 muestra un esquema similar al de la figura 1, donde se muestran las formaciones geológicas.

La figura 3 muestra una realización de la invención en lechos no consolidados (arena).

La figura 4 muestra una vista de una instalación múltiple de drenes, según la invención.

La figura 5 muestra una vista esquemática de una excavación en un lecho consolidado (roca).

La figura 6 muestra una vista en detalle del ensanchamiento previo a la introducción del dren que se realiza según la invención.

La figura 7 muestra una vista en detalle de la retirada de lodos, y limpieza según la invención.

La figura 8 muestra una vista del sellado mediante cementado del espacio entre dren y galería en las zonas no productivas.

La figura 8 muestra una vista en detalle del proceso de cementación.

Descripción de una realización práctica de la invención

El procedimiento de la invención comprende:

- Realizar una perforación horizontal dirigida 1 desde detrás de la línea de costa 2, pudiendo ser por detrás de la Línea Marítimo Terrestre 2a por debajo del lecho marino 3 hasta acceder a éste mediante un tramo final 4 ligeramente ascendente.

En la figura 2 se refleja un ejemplo de realización donde esta excavación se realiza a través de un estrato 5 productivo de roca permeable, que discurre bajo otro estrato 6 de sedimento oolítico poco permeable que se sitúa en correspondencia con la línea costera, y debajo de una capa 7 de arenas sumergidas, formación también muy permeable. También atraviesa una capa 8 de sedimentos limosos poco permeables, situados en el continente, y que contienen aguas contaminadas por la actividad agrícola y las antiguas albuferas ricas en materia orgánica.

En este ejemplo, el tramo productivo 9 se sitúa en las capas permeables en contacto directo con el agua marina.

- Ensanchar esta perforación piloto, por medio de un escariador de empuje 15 desde tierra hacia el mar, con sistema de guiado delantero 15a dentro de la perforación piloto y sistema de navegación 15a para verificación del correcto posicionamiento del escariador dentro de la anterior perforación piloto, consiguiendo mejorar el retorno del lodo en tierra y una mejor limpieza de la perforación, aprovechando la maniobra de ensanche.

La extracción de detritos procedentes de la perforación consiste en inyectar un caudal suficiente de lodos de perforación para la circulación de un flujo dentro de la galería perforada, de forma que permita transportar los materiales erosionados hasta el punto de entrada, en tierra, consiguiendo una perforación limpia en todo el trazado.

- Introducir en la perforación 10 excavada según la etapa anterior un dren 11 tubular, taladrado o ranurado en las zonas que se sitúan en el tramo o tramos 9 productivos, por medio de maquinaria de PHD. El dren o filtro se prefabrica a la longitud necesaria o bien se prepara en tierra, soldando varios tramos, y preparando los taladros y ranuras del mismo, adecuados a las características del terreno y a los tramos permeables. Una vez preparado es transportado hasta el mar y arrastrado dentro del mismo por medio de una barca o lancha capaz, hasta el punto donde se conectará al varillaje saliente por el extremo abierto al lecho marino de la galería. El dren se conecta detrás del ensanchador o escariador 15, y al retirar este escariador tirando desde tierra, se introduce simultáneamente el dren correspondiente hasta llegar a la máquina de perforación, quedando éste instalado dentro de la galería.

En este proceso se utilizarán unos lodos de perforación adecuados para mantener la sustentación de las arenas que puedan existir en la perforación, y que realicen una lubricación del dren durante su instalación.

- Bombeo del dren, para limpieza y retirada de los lodos de perforación utilizados y de los detritus (material excavado). Para este trabajo se instalarán equipos de bombeo autoaspirantes en tierra y, de ser necesario, en el mar, para la extracción de dichos fluidos hasta conseguir la circulación de agua limpia dentro del tubo.

- Cementar o sellar el espacio anular 12 existente entre la perforación y dren en el resto de los tramos distintos a los tramos 9 productivos, utilizando cemento sulforesistente (lechada) preparado con una máquina de mezcla de agua y cemento, preparando la lechada a inyectar. Para esta inyección, una máquina de perforación horizontal dirigida introduce su varillaje 17 de perforación con punta adaptada 17a entre el dren o tubo instalado y la perforación excavada, inyectando la lechada 17b por medio de bomba de pistones que impulsa el material hasta el punto de sellado a través del varillaje de la máquina.

La cementación se realiza en sentido regresivo, es decir, entrando con el varillaje de perforación hasta el punto deseado a cementar, e ir recogiendo progresivamente mientras se inyecta el volumen necesario de lechada.

- El extremo del dren que accede al fondo marino puede ir provisto de un tapón 13 registrable para mantenimiento, o bien puede recogerse en mayor o menor medida hacia el interior de la galería para su enterramiento posterior, sin que quede evidencia en el fondo marino. Esta variante de realización no se muestra en los dibujos.

- Limpieza con equipo de perforación horizontal dirigida para sanear los "cakes" 18 (sellados) realizados durante la perforación para la impermeabilización de la excavación, y desarrollo del acuífero colindante. Para remover los "cakes" habitualmente se utilizarán dispersantes, de forma que los equipos de bombeo puedan realizar una mejor función. Dicha inyección del dispersante y limpieza del "cake" se consigue insertando dentro del dren un calibre limpiador 19 que, mediante el equipo de perforación, es situado en las zonas productivas 9 para su limpieza a alta presión (superior a 50 bar).

En el caso que se considere necesario, será posible la inyección de aire a presión desde tierra, dentro del dren, para abrir fracturas existentes y obtener un mejor rendimiento del mismo.

En algunos casos se podrá acidificar el dren por medio de ácido para limpiar y abrir mas entradas de agua, y mejorar el rendimiento.

- Aforo del dren instalado para comprobar la capacidad real del dren y la necesidad de nuevas limpiezas.

- Para instalaciones múltiples, como se ve en la figura 4, los drenes 11 van dispuestos en abanico para obtener un rendimiento óptimo y sin afección de caudales mutuos. En tierra estos drenes se concentran en una arqueta 14 de bombeo, desde donde se impulsará el agua recogida hacia las instalaciones de utilización.

En la figura 5 se aprecia que para tramos rocosos consolidados, los drenes 11 se adentran en el mar más allá de la formación rocosa 20.

La figura 3 nos muestra un ejemplo para captación en estratos no consolidados a base de arena 21. En este caso, el dren se introduce protegido por una camisa, no representada, debido a la poca resistencia a la tracción de aquél, instalándose durante la perforación, para posterior extracción de la camisa, cementación y sellado del espacio entre dren y galería en las zonas correspondientes.

Descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como la manera de realizarse en la práctica, debe hacerse constar que las disposiciones anteriormente indicadas y representadas en los dibujos adjuntos son susceptibles a modificaciones de detalle en caso que no alteren el principio fundamental.

Claims (16)

1. Procedimiento de instalación de drenes horizontales para la captación de agua marina del tipo de los que utilizan perforación horizontal dirigida (PHD) con ensanchamiento mediante escariadores y utilización de lodos de perforación para consolidación de las galerías practicadas, y posterior instalación de los drenes; caracterizado porque la perforación horizontal dirigida (PHD), simple o múltiple, se realiza desde detrás de la línea de costa y dirigida hacia el mar, atravesando estratos sumergidos productivos predeterminados; en las perforaciones realizadas se introducen sendos drenes tubulares, ranurados o perforados únicamente en los tramos en correspondencia con las zonas productivas previstas, siendo ciegos en el resto de tramos; el espacio entre perforación y dren se sella en las zonas no productivas.

2. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque la perforación accede al lecho marino mediante un tramo de inclinación ligeramente ascendente destinado a ser no productivo.

3. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque los trabajos de ensanche de la perforación se realizan mediante un escariador que se introduce a compresión, desde tierra en dirección al mar, incorporando el escariador un sistema de guiado.

4. Procedimiento según reivindicación 3, caracterizado porque durante los trabajos de ensanchamiento se realiza la extracción de detritos mediante inyección de un flujo de lodos de perforación.

5. Procedimiento según reivindicación 3, caracterizado porque la introducción del dren se realiza desde el mar, previo transporte del mismo con el medio adecuado, y por el enganche al varillaje del escariador saliente por el extremo de la galería que accede al fondo marino, produciendo simultáneamente la extracción del escariador y la introducción del dren.

6. Procedimiento según reivindicación 4, caracterizado porque los lodos de perforación actúan como lubricantes en la instalación del dren.

7. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque el dren instalado queda accesible desde el fondo marino, instalando en el extremo correspondiente un tapón registrable con fines de mantenimiento y limpieza.

8. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque el dren instalado se remete ligeramente en la galería por el extremo correspondiente al lecho marino, al objeto de su enterramiento y no afectación de esta zona.

9. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque el sellado entre los tramos ciegos del dren y la perforación o galería se realiza mediante cementado sulforesistente.

10. Procedimiento según reivindicación 9, caracterizado porque el cementado se realiza en sentido regresivo, previa introducción a fondo en el espacio entre galería y dren del varillaje de una PHD con punta adaptada.

11. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque tras la introducción del dren, se realiza una limpieza del cake de perforación para el
desarrollo del dren.

12. Procedimiento según reivindicación 11, caracterizado porque la limpieza del cake se realiza mediante la introducción de un calibre limpiador por el dren que inyecta agua limpia a alta presión, y con cooperación de un dispersante.

13. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque opcionalmente se inyecta aire desde tierra dentro del dren, con el objeto de abrir fracturas existentes y aumentar el rendimiento.

14. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque en instalaciones con múltiples drenes, éstos se disponen en abanico divergiendo hacia el mar desde un punto concentrado de recogida situado en el continente.

15. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque la recogida del agua entrante en el dren se realiza por escorrentía natural hacia una arqueta situada en tierra a una cota a mayor profundidad que la de la zona productiva.

16. Procedimiento según reivindicación 1, caracterizado porque la extracción del agua entrante en el dren se realiza por bombeo autoaspirante directo.