ES2924996T3 - Método y dispositivo para el tratamiento de suelos - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un método y un dispositivo para tratar el suelo, mediante la inyección de un producto de tratamiento, en el que se introduce en el suelo una barrena de suelo (51) con una hoja de perforación helicoidal (512) en la que se proporciona una abertura de salida (515). (7), mientras se inyecta un producto de tratamiento en el suelo (7), se mide la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q), y se adapta la presión de inyección (P) en función de un parámetro del suelo (K) derivado de los valores de medición de la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q). El dispositivo comprende un equipo de perforación (5), un dispositivo de inyección (2a), (2b), (2c), un dispositivo de medición (3) y una computadora (4). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método y dispositivo para el tratamiento de suelos
La presente invención se refiere, por un lado, a un método para el tratamiento de suelos, en donde se introduce en el suelo una barrena para suelos que comprende una cuchilla de perforación helicoidal y una abertura de salida, en donde se inyecta un producto de tratamiento en el suelo a través de la abertura de salida a diferentes profundidades, y en donde la presión de inyección y el caudal de inyección se miden durante la inyección.
Por otro lado, la presente invención también se refiere a un dispositivo para el tratamiento de suelos, que comprende un equipo de perforación provisto con una barrena para suelos que comprende un conducto de suministro y al menos una abertura de salida conectada al conducto de suministro, en donde el equipo de perforación se proporciona para introducir la barrena para suelos en el suelo, un dispositivo de inyección que se proporciona para inyectar un producto de tratamiento en el suelo a través del conducto de suministro y la abertura de salida, y un dispositivo de medición que se proporciona para medir al menos la presión de inyección y el caudal de inyección durante la inyección del producto de tratamiento en el suelo, la barrena para suelos que comprende una cuchilla de perforación helicoidal.
En esta solicitud de patente, el término 'capa del suelo' se usa en el sentido de una cantidad de material de suelo ubicado debajo de la superficie del suelo que se puede distinguir del material de suelo adyacente por su composición o textura específicas, como una capa de arcilla o una capa de arena, por ejemplo, que se componen principalmente de arcilla o arena, respectivamente. Por lo tanto, el término capa del suelo también se refiere a un tipo de suelo específico. Por supuesto una capa del suelo o suelo también comprende el agua del suelo que está presente en el mismo. Por lo tanto, el tratamiento del suelo también comprende el tratamiento de las aguas subterráneas presentes en el suelo.
El documento GB 2328700 y el documento WO 00/53852 ambos describen dispositivos que comprenden una cuchilla helicoidal para formar una excavación en el suelo. El concreto se libera en la excavación a través de la barrena para formar una pila de concreto. El documento CN203488115U describe una máquina de perforación que comprende una barra de perforación que tiene una cuchilla en espiral de la que la superficie superior se proporciona con una pluralidad de boquillas. Se puede rociar un líquido altamente presurizado a través de las boquillas y la tierra adherida a la superficie superior de la cuchilla en espiral se puede romper, para evitar el bloqueo del taladro. Estos métodos y dispositivos conocidos no son adecuados para la inyección de un producto de tratamiento en el suelo. El documento US 4659259 describe un método para estabilizar una capa de arcilla inestable, usando una barrena para suelos que tiene una cuchilla de perforación helicoidal en la que se proporcionan aberturas de salida. Un producto de tratamiento que reacciona químicamente con la arcilla se inyecta en la capa de arcilla a través de las aberturas de salida y se mezcla con la arcilla a través de la rotación de la cuchilla helicoidal. Como resultado de la reacción química, la capa de arcilla se estabiliza localmente. El producto de tratamiento se inyecta idealmente en toda la profundidad de la capa de arcilla inestable.
Un método que tiene las características del primer párrafo de esta descripción también se usa en la descontaminación de suelo contaminado. Se inyecta en el suelo un producto de tratamiento líquido o gaseoso que contiene productos químicos o bacterias o carbón activado, etc., que pueden volver inofensivos los contaminantes en el suelo o las aguas subterráneas. Teniendo en cuenta los resultados de investigaciones del suelo previas y potencialmente diferentes parámetros, incluidas las concentraciones identificadas del(de los) parámetro(s) contaminante(s), la posible presencia de degradación o producto(s) secundario(s), el estado geoquímico de las capas del suelo, la distancia desde la fuente de la contaminación, el tiempo que ha pasado desde el momento en el que se produjo la contaminación, la naturaleza y la profundidad de las diferentes capas del suelo en el subsuelo y la dirección del flujo de las aguas subterráneas, se determina dónde y en qué capa de suelo o capas del suelo se debe inyectar el producto de tratamiento para volver inofensivos tantos como sean posibles de los contaminantes. En lugares relativamente cercanos a la fuente de contaminación, puede ser por tanto más eficiente inyectar un producto de tratamiento en la capa del suelo que tiene la conductividad hidráulica más pequeña en esa ubicación en comparación con las otras capas del suelo, tal como por ejemplo una capa de arcilla. En lugares más alejados de la fuente de contaminación, puede ser entonces más eficiente inyectar los productos de tratamiento en la capa del suelo que tiene la mayor conductividad hidráulica en comparación con las otras capas del suelo, tal como por ejemplo una capa de arena. Cuando los productos contaminantes se mueven en una cierta dirección bajo tierra con el flujo de aguas subterráneas, se puede inyectar un producto de tratamiento en capas del suelo bien definidas que se encuentran en la trayectoria del flujo de aguas subterráneas antes de que los contaminantes se hayan movido allí, para formar una barrera que puede evitar el movimiento posterior de los mismos.
Un método para el tratamiento de suelos contaminados se describe en el documento US 2014/0231322 A1. Este método tiene las propiedades indicadas en el primer párrafo de esta descripción y proporciona para el uso de un elemento de inyección en forma de barra con una cabeza cónica y paredes exteriores lisas. El elemento de inyección comprende un instrumento de medición en cooperación con un sensor para recopilar datos sobre los contaminantes presentes en el suelo o el agua del suelo a diferentes profundidades, y una parte de inyección para
inyectar un producto de tratamiento para volver inofensivos los contaminantes detectados. En base a los datos sobre la contaminación recopilados a través del sensor, una unidad de control determina la dosis del producto de tratamiento a las diferentes profundidades. La presión de inyección también se controla en función de los datos sobre la contaminación.
El documento EP 0453839A2 describe otro método y dispositivo para el tratamiento de suelos contaminados.
Como ya se indicó anteriormente, es de gran importancia en varios tratamientos del suelo que el producto de tratamiento se inyecte predominantemente en una o más capas del suelo bien definidas y la inyección en algunos tratamientos también debe ser lo más homogénea posible en toda la trayectoria de profundidad o en la medida de lo posible en toda la profundidad de dicha capa del suelo bien definida. En este caso, también es muy importante que la cantidad correcta de producto de tratamiento (la cantidad requerida para lograr un tratamiento efectivo) pueda llegar a las respectivas capas del suelo con un alto nivel de certeza.
El método conocido del documento US 2014/0231322 A1 además tiene otro inconveniente. Como el elemento de inyección en forma de barra se empuja o martilla en el suelo, el suelo que lo rodea se compacta y mancha. Estos fenómenos de 'compactación' y 'manchado' reducen considerablemente la permeabilidad del suelo en la ubicación de las aberturas de salida del elemento de inyección y hacen la inyección más difícil, como resultado de lo que se necesitan usar presiones de inyección más altas para lograr un caudal de inyección factible. Una posible consecuencia de estas presiones de inyección más altas es que el producto de tratamiento inyectado provoque una fracturación hidráulica no deseada del suelo, como resultado de lo que el producto de tratamiento inyectado se distribuye en el suelo a través de varios caminos preferidos, lo cual es por supuesto perjudicial para la eficiencia del tratamiento, e incluso termina en la superficie a través de dichos caminos preferidos. Además, empujar o martillar el elemento de inyección en forma de barra en el suelo también se asocia con vibraciones laterales, formando así un canal alrededor del elemento de inyección y las barras que se extienden por encima de él. El producto de tratamiento inyectado se puede empujar hacia arriba con relativa facilidad a lo largo del elemento de inyección a través de este canal (denominado más adelante usando el término técnico 'reventón').
Como el elemento de inyección se empuja o martilla en el suelo y como no es posible empujar e inyectar simultáneamente, el producto de tratamiento no se puede inyectar en el suelo a cada profundidad deseada (es decir en toda la trayectoria de profundidad deseada), y esto se hace, por ejemplo, sólo a ciertas profundidades discretas con una distancia intermedia vertical de aproximadamente 30 cm.
Como resultado de uno o más de los inconvenientes mencionados, el producto inyectado por tanto muy a menudo no llega a las diferentes capas del suelo previstas, o solo en una cantidad mucho menor que la requerida. Como resultado, el tratamiento es mucho menos eficiente de lo esperado o los procesos previstos con el producto inyectado no tienen lugar en absoluto.
A menudo, las investigaciones se realizan de antemano sobre la distribución de la contaminación en el suelo por medio de barrenados del suelo con muestreo y análisis del suelo asociados, pozos de monitoreo y muestreo y análisis de aguas subterráneas asociadas y sondeos MIP/Enissa MIP. Esto permite mapear la propagación de la contaminación en el suelo. Estas técnicas también se pueden usar para adquirir una idea de la geología, pero solo se proporciona información limitada con respecto a la permeabilidad hidráulica y la inyectabilidad de las diferentes capas del suelo. Otro instrumento usado para esto se conoce bajo el nombre comercial de 'herramienta perfiladora hidráulica' o 'HPT'. Un elemento en forma de barra con una punta cónica y un lado exterior liso se empuja o martilla en el suelo. A través de varias aberturas de salida en el elemento en forma de barra, se inyecta agua en el suelo a un caudal bajo y conocido. En base a las mediciones de la presión de inyección, la conductividad hidráulica se puede estimar a diferentes profundidades. Tal investigación preliminar del suelo es engorrosa y requiere mucho tiempo y, debido al volumen limitado de agua inyectada, a menudo puede ser difícil extrapolar los resultados obtenidos a la inyectabilidad de las capas del suelo en cuestión. Además, los valores de medición a menudo dan una imagen distorsionada de las propiedades reales del suelo. Durante la inserción del elemento en forma de barra en el suelo, la punta cónica compacta el suelo, y los poros del suelo se cierran manchados por los lados exteriores lisos del elemento en forma de barra. Esta 'compactación' y 'manchado' reducen la permeabilidad del suelo en la ubicación donde se inyecta el agua. Como resultado, la conductividad hidráulica a menudo se subestima, especialmente cuando se inyecta en tipos de suelo más pesados, tales como arcilla, marga, marga arenosa y arena margosa.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un método para el tratamiento de suelos que tenga las características indicadas en el primer párrafo de esta descripción, que se use para remediar los inconvenientes indicados anteriormente, y que en particular hace posible inyectar la cantidad requerida de producto de tratamiento en una o más capas del suelo bien definidas en una manera simple, eficiente y rápida y con un mayor nivel de certeza que con los métodos existentes.
Este objetivo se logra al proporcionar un método que tiene las características indicadas en el primer párrafo de esta descripción en donde, de acuerdo con la presente invención, la abertura de salida se proporciona en la cuchilla de perforación, en donde un parámetro del suelo del suelo en la ubicación donde se inyecta el producto de tratamiento
se deriva del caudal de inyección y la presión de inyección, y en donde la presión de inyección se adapta en función del parámetro del suelo, siendo dicho parámetro del suelo la conductividad hidráulica o un valor o una variable o un parámetro que es proporcional a la conductividad hidráulica.
Este parámetro del suelo identifica los tipos de suelo más comunes y por consiguiente proporciona información sobre el comportamiento de propagación de la contaminación del suelo y la inyectabilidad de la capa del suelo en cuestión. Usando esta propiedad, un tipo de suelo se puede distinguir de otros tipos de suelo y así se pueden identificar las diferentes capas del suelo. A modo de ejemplo, a continuación, se enumeran varios tipos de suelos comunes en orden creciente de conductividad hidráulica: arcilla pesada, arcilla, marga, marga arenosa, marga arenosa ligera, arena margosa y arena.
Una barrena para suelos con cuchilla de perforación helicoidal se puede introducir gradualmente en el suelo a una velocidad relativamente lenta y uniforme mediante la rotación alrededor de su eje longitudinal. Como resultado, el producto de tratamiento se puede inyectar en el suelo a cualquier profundidad deseada.
En este caso la barrena para suelos puede ser o no autoperforante, con el movimiento hacia abajo que requiere o no una fuerza hacia abajo sobre la barrena para suelos. En este caso, la cuchilla helicoidal corta a través del suelo, como resultado de lo cual el suelo que rodea el diámetro exterior de la barrena para suelos se altera solo muy poco y apenas se compacta o mancha, si acaso.
Por lo tanto, la estructura de las diferentes capas del suelo permanece virtualmente intacta en la ubicación del diámetro exterior de la barrena para suelos. Como la abertura de salida se proporciona en la periferia exterior de la cuchilla helicoidal, el producto de tratamiento se inyecta principalmente en este suelo intacto. Como resultado, las mediciones de la presión de inyección y el caudal de inyección permiten una buena estimación de las propiedades reales del suelo. Esto también permite una estimación bastante precisa de la inyectabilidad del producto de tratamiento a usar para el tratamiento del suelo en la capa del suelo específica.
Una ventaja significativa de la forma helicoidal de la barrena para suelos es también que el suelo por encima y por debajo de las cuchillas helicoidales y por encima de la barrena para suelos ciertamente se compacta, lo que ofrece la ventaja única de que el líquido inyectado no tiene en absoluto la tendencia a subir a la superficie a lo largo de las barras de la barrena para suelos.
Las propiedades del suelo varían en función de la profundidad. Adaptando la presión de inyección en función de las propiedades del suelo a la profundidad donde se inyecta el producto de tratamiento, es posible asegurar que esta presión de inyección se mantenga lo suficientemente baja para evitar fenómenos que provoquen movimientos no deseados del producto de tratamiento en el suelo, incluyendo la fracturación hidráulica no deseada. En parte porque la perforación rotatoria apenas provoca algunas vibraciones laterales, prácticamente no se forma ningún canal alrededor de la barrena para suelos. Esto evita que el producto de tratamiento inyectado sea capaz de moverse fácilmente hacia arriba en el suelo en un canal así formado (reventón). Así es posible evitar la situación donde el producto de tratamiento no llega a la capa del suelo o capas del suelo deseadas o no llega a la capa del suelo o capas del suelo deseadas en la cantidad prevista y requerida.
La adaptación de la presión de inyección se puede realizar manualmente pero también puede ocurrir automáticamente mediante un dispositivo de regulación proporcionado para este propósito.
Dicho parámetro del suelo es preferentemente la permeabilidad hidráulica o la inyectabilidad del fluido usado (líquido, emulsión, solución, lodo o gas) o un valor o una variable o un parámetro que es proporcional a, o es una medida de, la permeabilidad hidráulica de este suelo o la inyectabilidad del fluido usado en este suelo. También es posible determinar dos o más parámetros del suelo diferentes, y la presión de inyección se puede adaptar dependiendo de dos o más parámetros del suelo diferentes.
La permeabilidad hidráulica y/o dicha inyectabilidad se derivan preferentemente de la relación del caudal de inyección medido con la presión de inyección medida.
Durante el tratamiento del suelo, también se monitorea preferentemente la profundidad a la que se realiza la inyección. Esto se puede hacer a intervalos, pero la profundidad se monitorea preferentemente de manera continua durante al menos una parte de la trayectoria de perforación. La propia inyección también se realiza preferentemente de manera continua durante al menos una parte de la trayectoria de perforación.
Preferentemente, también se proporciona información sobre los volúmenes inyectados de producto de tratamiento, y sobre la profundidad y la presión de inyección y el caudal de inyección de las inyecciones realizadas continuamente o a intervalos durante el tratamiento.
Durante el método de acuerdo con la invención, al menos una capa del suelo también se identifica o ubica preferentemente usando dicho parámetro del suelo.
En esta solicitud de patente, 'identificar una capa del suelo' tiene la intención de significar tanto que se determina el tipo de suelo de la capa del suelo en cuestión o que se anotan, almacenan o visualizan los datos de medición que caracterizan dicho tipo de suelo, o valores, variables o parámetros derivados de los mismos, o que se generen las señales correspondientes que hacen posible determinar el tipo de suelo. La expresión 'que se ubica la capa del suelo' tiene la intención de significar que se determina la profundidad - tanto el límite superior como el inferior - a la que se encuentra una capa del suelo específica en el subsuelo.
El término 'profundidad' aquí tiene la intención de referirse a la distancia, a lo largo de la trayectoria de perforación, desde la superficie del suelo en el lugar donde se introduce la barrena para suelos en el suelo. Durante este método, la profundidad a la que se ubica la abertura de salida durante la inyección del producto de tratamiento también preferentemente se anota o almacena o visualiza o se genera una señal de medición correspondiente que se proporciona mediante una unidad de procesamiento de datos para el procesamiento.
Preferentemente, durante el método de acuerdo con la invención, se identifica al menos una capa del suelo usando un parámetro del suelo que se deriva de los valores de medición de la presión de inyección y el caudal de inyección. Como resultado, la identificación de una o más capas del suelo puede tener lugar durante el tratamiento del suelo, y usando el dispositivo que se proporciona para el tratamiento del suelo. Registrando también, además de los valores de medición de la presión de inyección y el caudal de inyección, la profundidad a la que tuvo lugar la inyección que proporcionó estos valores de medición, también se puede ubicar la capa del suelo en cuestión. Así es posible asegurar que la capa del suelo situada a esta profundidad sea el tipo de suelo en el que se necesita inyectar una cantidad planificada de producto de tratamiento para llevar a cabo el tratamiento del suelo de manera efectiva. Por supuesto es posible ubicar varias capas del suelo de esta manera durante el tratamiento.
Como la inyección tiene lugar en un suelo prácticamente intacto y debido al hecho de que la barrena para suelos no altera el suelo en la ubicación de la abertura de inyección, las mediciones proporcionan una imagen realista de las propiedades reales del suelo en el estado intacto y permiten una identificación efectiva de la capa del suelo específica.
Esta información sobre las propiedades del suelo y la composición del suelo que se derivará de ellas y la profundidad precisa de una o más capas del suelo en la ubicación del tratamiento del suelo puede ser muy útil. Esta información puede, por ejemplo, provocar un ajuste del tratamiento del suelo en curso o puede usarse para planificar futuros tratamientos del suelo en esta ubicación.
Preferentemente, todas las capas del suelo en las que penetra la barrena para suelos durante el método o todas las capas del suelo en las que se inyecta el fluido se identifican de esta manera.
El método en el que se identifica y/o ubica una capa del suelo específica puede, por ejemplo, comprender las siguientes etapas, no necesariamente en el orden indicado: a una primera profundidad, se inyecta una cantidad de producto de tratamiento en el suelo mientras se miden la presión de inyección y el caudal de inyección; a una segunda profundidad, se inyecta en el suelo una cantidad de producto de tratamiento mientras se miden la presión de inyección y el caudal de inyección; basado en las mediciones a la primera profundidad se determina que la abertura de salida está en una capa del suelo distinta de la capa del suelo deseada a la primera profundidad; y basado en las mediciones a la segunda profundidad se determina que la abertura de salida está en la capa del suelo deseada a la segunda profundidad.
La identificación de una o más capas del suelo se lleva a cabo, por ejemplo, derivando un parámetro del suelo de los valores de medición de la presión de inyección y el caudal de inyección que es reconocible como típico de la capa del suelo. El parámetro del suelo puede representar una propiedad del suelo de la capa del suelo o puede ser un parámetro que es representativo (es una medida) de una propiedad del suelo. El parámetro del suelo se puede expresar como valor absoluto o como valor relativo y/o se puede visualizar de cualquier manera, por ejemplo, en una representación gráfica y/o mediante uno o más valores o indicadores, por ejemplo, en una pantalla.
En el método de acuerdo con la invención, los valores de medición de la presión de inyección y el caudal de inyección y la magnitud del parámetro del suelo derivado de los mismos no necesitan necesariamente ser expresados numéricamente o gráficamente representados o mostrados por un indicador o en una pantalla. La presión de inyección y el caudal de inyección también se pueden medir usando un dispositivo de medición que coopera con una unidad de procesamiento de datos que se proporciona para determinar, basado en señales de medición o datos de medición que son representativos de la presión de inyección y el caudal de inyección, tanto como si se realizó o no una inyección del producto de tratamiento en una capa del suelo específica, y/o para determinar un parámetro del suelo o varios parámetros del suelo. La determinación de que se realizó una inyección en una capa del suelo específica y/o el (o cada) parámetro del suelo se puede comunicar entonces a un operador, por ejemplo, en una pantalla, y/o se puede convertir en el control automático de un dispositivo de inyección para iniciar el tratamiento del suelo inyectando una cantidad de producto de tratamiento deseada para el tratamiento del suelo en la capa del suelo específica a través de la abertura de salida. En este caso, la presión de inyección también se puede adaptar automáticamente a la capa del suelo identificada y/o al (a los) parámetro(s) del suelo.
Preferentemente, la unidad de procesamiento de datos forma parte de un ordenador o una unidad de PLC.
El producto que se usa para determinar cuando la abertura de salida está en una capa del suelo específica o para identificar o ubicar una capa del suelo cuando se inyecta midiendo la presión y el caudal puede diferir opcionalmente del producto que se usa para tratar el suelo (producto de tratamiento).
El caudal y la presión cuando se inyecta el producto de tratamiento para tratar el suelo (esto se denomina más adelante usando el término 'inyección de tratamiento') puede diferir de la presión de inyección y el caudal de inyección que se usan cuando se inyecta el producto de tratamiento, agua o cualquier otro líquido para determinar, midiendo la presión y el caudal, cuando la abertura de salida está en una capa del suelo específica o para identificar o ubicar una capa del suelo (esto se denomina más adelante usando el término 'inyección de medición'). El volumen de producto que se inyecta también puede ser diferente en este caso.
Por lo tanto, en la inyección de medición, por ejemplo, se inyectan 20 litros de producto de tratamiento por metro de trayectoria de perforación a un caudal de 5 litros/minuto. El volumen y la presión y el caudal durante una inyección de tratamiento se determinan por supuesto en función de la contaminación y, entre otros, también en función de la información sobre el tipo de suelo en el que se hace la inyección y la información sobre la inyectabilidad del producto de tratamiento en dicho tipo de suelo. Un volumen, caudal y presión típicos cuando se inyecta una fuente de carbono (tales como melaza, 3DMe, etc.) en un suelo arcilloso que está contaminado con disolventes clorados es, por ejemplo, 100 litros/metro, 2 bar y 10 litros/minuto. Mediante el uso de una barrena para suelos con una cuchilla de perforación helicoidal, la inyección de tratamiento también se puede hacer en un suelo que no está muy alterado (no compactado), como resultado de lo que las presiones de inyección usadas no necesitan ser excesivamente altas y hay un mayor nivel de certeza de que el producto de tratamiento se distribuya homogéneamente a través de la capa del suelo en cuestión y llegue a la profundidad prevista o la capa del suelo prevista.
La unidad de procesamiento de datos también se proporciona preferentemente para identificar al menos una capa del suelo distinta de la capa del suelo específica basada en una medición de la presión de inyección y el caudal de inyección durante la inyección del producto de tratamiento en dicha capa del suelo distinta, y para comunicar esta identificación al operador.
Cuando se realiza el método de acuerdo con la presente invención, la presión de inyección se adapta preferentemente de tal manera que no exceda un cierto valor máximo.
La permeabilidad hidráulica del suelo y la inyectabilidad de un cierto fluido en el suelo varían en función de la profundidad, principalmente porque el suelo tiene una composición y/o textura diferente (por ejemplo, arena, marga o arcilla) y/o estructura a diferentes profundidades. Como se indicó, normalmente es posible distinguir diferentes capas del suelo en el subsuelo. Una capa del suelo que, por ejemplo, consiste principalmente en arena (o generalmente una capa del suelo con buena permeabilidad) tiene una alta permeabilidad hidráulica o buena inyectabilidad. En una capa de suelo de este tipo, un producto de tratamiento líquido o licuado ya puede moverse hacia arriba a través del taladro (reventón) a una presión de inyección de 2 bar, que es obviamente no deseable. Dicho valor máximo se determina preferentemente de antemano para uno o más tipos de suelo o capas del suelo y/o dependiendo de uno o más parámetros del suelo, tales como la permeabilidad hidráulica del suelo o la inyectabilidad de un fluido específico en el suelo, para evitar en la medida de lo posible cualquier movimiento no deseado del producto de tratamiento en este suelo. Sin embargo, dicho valor máximo normalmente sólo se establece o mide empíricamente durante la propia inyección.
La presión de inyección entonces se adapta preferentemente de tal manera durante el tratamiento que no se supera el valor máximo predeterminado o establecido empíricamente de la presión de inyección, asociado con el tipo de suelo identificado en el que se hace la inyección y/o dependiendo del(de los) parámetro(s) del suelo, derivado de dichos valores de medición, del suelo en el que se hace la inyección,
Preferentemente, la presión de inyección se adapta para obtener un caudal de inyección que está por encima de un límite inferior (Q min ) de 5 litros por minuto, preferentemente 8 litros por minuto, con mayor preferencia 10 litros por minuto.
A una presión de inyección de 1 bar en una capa del suelo con buena permeabilidad (que consiste, por ejemplo, principalmente de arena), ya se obtiene un caudal de inyección aceptable de 12 litros por minuto.
En una capa del suelo con poca permeabilidad que, por ejemplo, consiste principalmente en arcilla y por lo tanto tiene una permeabilidad hidráulica (o inyectabilidad) mucho menor, una presión de inyección de 1 bar, por ejemplo, resultará en un caudal de inyección de solo aproximadamente 0,5 litros por minuto. A dicho caudal de inyección, el tratamiento tomará tanto tiempo que el método ya no es suficientemente viable desde una perspectiva económica. En este suelo arcilloso con poca permeabilidad, a menudo es posible inyectar a una presión mucho más alta, por ejemplo, de 5 a 7 bar, en cuyo caso se logra en efecto un caudal de inyección económicamente viable (por ejemplo, 10 litros/min.) sin ningún riesgo de reventón, fracturación hidráulica o iluminación natural (la aparición no deseada
del producto de tratamiento en un lugar aleatorio en la superficie).
Cuando se adapta la presión de inyección en el método de acuerdo con la presente invención, la presión de inyección se adapta preferentemente de manera que el caudal de inyección permanezca lo suficientemente alto, con el fin de asegurar que las cantidades requeridas de producto de tratamiento lleguen a las respectivas capas del suelo mientras se logra una velocidad económicamente viable a la que se realiza el tratamiento.
En un método particularmente preferido de acuerdo con la presente invención, el producto de tratamiento se inyecta continuamente en el suelo durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento de la barrena para suelos en el suelo, mientras se miden la presión de inyección y el caudal de inyección y mientras la presión de inyección se adapta continuamente en función de dicho parámetro del suelo del suelo en el que se inyecta el producto de tratamiento.
Como resultado, es posible determinar cómo varían una o más propiedades del suelo dentro de un cierto rango de profundidad en el subsuelo y, si es necesario, adaptar la presión de inyección para optimizar el tratamiento como se explicó anteriormente. Debido a estas mediciones continuas, la presencia de capas del suelo que se extienden sobre solo una pequeña profundidad se puede identificar y tratar de forma fiable si es necesario.
De acuerdo con un método preferido, el producto de tratamiento se inyecta continuamente o a intervalos en el suelo durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento de la barrena para suelos, mientras se miden la presión de inyección y el caudal de inyección, y la capa del suelo presente en varias profundidades diferentes se identifica o ubica basado en las mediciones.
De acuerdo con un método específico, para al menos una capa del suelo, se determinan las profundidades a las que se ubican la parte superior e inferior de la capa del suelo basado en las mediciones.
Esta información es particularmente útil cuando el tratamiento del suelo requiere que el producto de tratamiento se inyecte lo más lejos posible en toda la profundidad de una capa del suelo específica. Preferentemente, para cada capa del suelo en la que penetra la barrena para suelos en su trayectoria de movimiento, se determinan las profundidades a las que se ubican la parte superior e inferior de la capa del suelo.
El producto de tratamiento es preferentemente un producto con efecto reparador de suelos, estabilizador de suelos o fijador de suelos. Este comprende, por ejemplo, productos químicos y/o bacterias y/o una fuente de carbono y/o carbón activado o una combinación/mezcla de los anteriores y se selecciona en función de sus propiedades para disolver y/o degradar los contaminantes presentes en el suelo y/o convertirlos en sustancias menos dañinas o volverlos menos dañinos de cualquier manera o a través de cualquier proceso. Estos productos de tratamiento son conocidos por el experto en la técnica que es activo en este sector. Ellos incluyen oxidantes, reductores, ácidos, bases, fuentes de carbono, nutrientes, aceites (emulsionados), sales y compuestos orgánicos. Los ejemplos específicos son sulfato de potasio, lactato, persulfato, persulfato activado, hidróxido de sodio, melaza, aceite vegetal emulsionado, o carbón activado líquido (esta lista no es exhaustiva). También son posibles las combinaciones de dos o más sustancias activas diferentes en el mismo producto de tratamiento, por ejemplo, para tratar con contaminación que implica dos o más contaminantes o para tratar contaminación que implica un contaminante a través de diferentes procesos o reacciones al mismo tiempo.
El método de acuerdo con la invención se puede usar, por ejemplo, para el tratamiento de suelos que han sido contaminados con hidrocarburos alifáticos clorados tal como, por ejemplo, tetracloroeteno, mediante la inyección homogénea de una fuente de carbono adecuada. A través del efecto estimulante sobre la actividad microbiana existente en el suelo, esta fuente de carbono conduce a condiciones anaeróbicas fuertemente reductoras en las que el tetracloroeteno contaminante es gradualmente declorado por las bacterias presentes en el suelo y se convierte en tricloroeteno y luego en dicloroeteno y cloruro de vinilo y eventualmente en eteno inofensivo.
Los suelos que, por ejemplo, se contaminan con las siguientes sustancias también se pueden tratar usando el método de acuerdo con la presente invención: componentes de aceite mineral, hidrocarburos de petróleo, metil tercbutil éter, benceno, tolueno, etilbenceno, xileno, hidrocarburos alifáticos clorados, hidrocarburos poliaromáticos, bifenilos policlorados (PCBs), metales pesados, ácidos y bases, PFOS, PFAS y PFOA (esta lista tampoco es exhaustiva).
El producto de tratamiento está preferentemente en forma líquida o gaseosa. El término 'en forma líquida' aquí no solo cubre un líquido sino también otras formas inyectables, incluyendo una mezcla, una solución, una suspensión, una emulsión, un sol, un lodo, una mezcla coloidal o un gel. También son posibles combinaciones de dos o más formas en el mismo producto.
Preferentemente, la magnitud de la presión de inyección y el caudal de inyección, y/o la magnitud de dicho parámetro del suelo derivado de la presión de inyección y el caudal de inyección se anotan y/o almacenan y/o visualizan para varias profundidades diferentes, durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento hacia abajo de la barrena para suelos.
Preferentemente, la magnitud de la presión de inyección y el caudal de inyección, o la magnitud de un parámetro del suelo derivado de la presión de inyección y el caudal de inyección se anota y/o almacena y/o visualiza junto con la profundidad asociada durante al menos un parte de la trayectoria del movimiento hacia abajo. Como resultado, un operador puede observar claramente los hallazgos hechos durante el tratamiento del suelo y el método también se puede ajustar rápidamente si es necesario.
La información relativa a la presión de inyección y/o el caudal de inyección y/o el parámetro del suelo derivado de la misma también puede, por ejemplo, usarse solo para controlar un dispositivo de perforación e inyección para automatizar al menos parcialmente el método.
La información relativa a la presión de inyección y/o el caudal de inyección y/o el parámetro del suelo derivado de la misma también puede, por ejemplo, usarse solo para informar sin ambigüedades el proceso de inyección, en donde la distribución del producto inyectado sobre la trayectoria del suelo inyectado y/o las presiones de inyección aplicadas en función de la profundidad y/o los caudales de inyección en función de la profundidad y/o la permeabilidad y/o la inyectabilidad de la trayectoria del suelo inyectado se muestran/informan tanto en forma numérica o como una representación gráfica.
En un método más preferido, la cuchilla de perforación helicoidal se proporciona en el exterior de un núcleo de perforación que comprende un conducto de suministro para el producto, la cuchilla de perforación helicoidal comprende al menos una zona de inyección en la que la cuchilla de perforación se forma por dos paredes que están a una distancia entre sí a lo largo de la dirección longitudinal del núcleo de perforación y se separan por un espacio intermedio, y dicha abertura de salida se forma entre los bordes exteriores de estas paredes. Una barrena para suelos de este tipo puede ser de un diseño relativamente simple y puede esparcir el producto de tratamiento dentro de un amplio rango alrededor de la barrena para suelos. Debido al hecho de que el producto de tratamiento sale lateralmente desde el lado exterior de la cuchilla helicoidal, el producto de tratamiento también entra en el suelo apenas alterado. Esto asegura una penetración homogénea ideal y por lo tanto tratamiento del suelo.
La parte de la cuchilla de perforación helicoidal donde la cuchilla de perforación se forma por dos paredes que están a una distancia entre sí a lo largo de la dirección longitudinal del núcleo de perforación y se separan por un espacio intermedio se denomina zona de inyección. La cuchilla de perforación helicoidal es, por ejemplo, de una configuración de doble pared en esta parte de su longitud, cuando se ve a lo largo del curso helicoidal. Los bordes exteriores de las paredes que forman la cuchilla de perforación helicoidal son los bordes que están más alejados del eje del núcleo de perforación. Estas propias paredes son preferentemente también helicoidales. Las dos paredes tienen, por ejemplo, el mismo grosor de pared, mientras que la distancia intermedia entre las dos paredes, por ejemplo, es prácticamente idéntica al grosor de pared. La abertura de salida se conecta preferentemente al conducto de suministro proporcionado en el núcleo de perforación a través del espacio intermedio entre las dos paredes. Debido a la configuración de doble pared de la cuchilla de perforación helicoidal, el suelo en la ubicación del punto donde se inserta el producto en el suelo apenas se compacta o mancha, si lo hace. Como resultado, es posible trabajar rutinariamente con una presión de inyección más baja y aun así generar un caudal de inyección aceptable (económicamente viable) y factible. Esta menor presión significa que también hay un riesgo mucho menor de que el producto no llegue a la ubicación correcta en el subsuelo debido a fenómenos tales como la iluminación natural, el reventón y la fracturación no deseada (voladuras no deseadas del suelo como resultado de lo que el producto termina en un lugar no deseado en el suelo).
Las siguientes características adicionales, relacionadas con la barrena para suelos, también son integrables en el método para el tratamiento de suelos de acuerdo con esta invención.
Dicha zona de inyección describe, por ejemplo, un ángulo de inyección de al menos aproximadamente 180° o de al menos aproximadamente 360° alrededor del eje del núcleo de perforación. En varias modalidades diferentes, este ángulo de inyección es, por ejemplo, al menos 15° o al menos 30° o al menos 45° o al menos 60° o al menos 90° o al menos 120°. Como resultado, el producto de tratamiento se distribuye a través de una proporción considerable del suelo ubicado alrededor de la barrena para suelos. A un ángulo de inyección de al menos aproximadamente 360° o, en otras palabras, un ángulo de inyección que corresponde a al menos aproximadamente una vuelta o rotación completa de la cuchilla de perforación helicoidal alrededor del núcleo de perforación, el producto de tratamiento se inyecta en el suelo ubicado alrededor de la barrena para suelos en todas las direcciones. El rango del producto de tratamiento es así ideal, lo que significa que se logra un tratamiento del suelo particularmente eficiente.
En un método más específico de acuerdo con la invención, se usa una barrena para suelos en la que el núcleo de perforación tiene un extremo en punta y un extremo trasero y en el que la cuchilla de perforación tiene un extremo frontal orientado hacia el extremo en punta, la cuchilla de perforación comprende una primera zona, donde el diámetro exterior de la cuchilla de perforación, desde el extremo frontal, aumenta desde un primer diámetro hasta un segundo diámetro, la cuchilla de perforación comprende una segunda zona contigua a la primera zona, donde el diámetro exterior es el segundo diámetro, y la zona de inyección de la cuchilla de perforación se sitúa sustancialmente dentro de la segunda zona.
La cuchilla de perforación tiene preferentemente una tercera zona contigua a la segunda zona, donde el diámetro
exterior de la cuchilla de perforación aumenta en la dirección del extremo trasero desde el segundo diámetro hasta un tercer diámetro. Como resultado, el pasaje que la barrena para suelos formó en el suelo se cierra por encima del lugar donde tiene lugar la inyección. El suelo también se compacta allí hasta cierto punto. Como resultado, será muy difícil que el producto de tratamiento sea capaz de moverse hacia arriba. Esto no está relacionado con ningunos inconvenientes para la propia inyección y las mediciones asociadas ya que la inyección se produce desde la zona de inyección que se ubica más abajo.
La cuchilla de perforación se puede configurar de tal manera que, en la zona de inyección, tenga un grosor que es mayor que el grosor máximo de la cuchilla de perforación en la primera zona. De esta manera, no se crea ninguna cavidad en el suelo cuando el suelo se sitúa al nivel de la zona de inyección. Esto reduce la posibilidad de que el líquido de inyección se inyecte en otra capa del suelo a través de estas cavidades.
La cuchilla de perforación además se configura preferentemente de tal manera que, en la tercera zona, tiene al menos prácticamente el mismo grosor que en la segunda zona. De esta manera, no se crea ninguna cavidad en el suelo cuando el suelo se sitúa al nivel de esta tercera zona. Esto reduce la posibilidad de que el líquido de inyección se inyecte en otra capa del suelo a través de estas cavidades o que el líquido de inyección encuentre un camino preferido hacia la superficie a lo largo de las barras de extensión lisas a través de estas cavidades.
La abertura de salida es preferentemente en forma de hendidura. En este caso, la longitud de la abertura de salida -medida a lo largo del curso helicoidal de la cuchilla de perforación - es mayor que la altura de la abertura de salida -medida a lo largo de la dirección longitudinal del núcleo de perforación - en donde la relación entre la longitud y la altura de la abertura de salida es preferentemente al menos 2 o al menos 3 o al menos 5 o al menos 10 o al menos 15.
El objetivo mencionado anteriormente de la presente invención también se logra proporcionando un dispositivo que tiene las características indicadas en el segundo párrafo de esta descripción en donde, de acuerdo con la presente invención, dicha abertura de salida se proporciona en la cuchilla de perforación helicoidal, y en donde el dispositivo comprende una unidad de procesamiento de datos que coopera con el dispositivo de medición y está prevista para derivar un parámetro del suelo del suelo basado en los datos de medición generados por el dispositivo de medición o las señales de medición relacionadas con la presión de inyección y el caudal de inyección cuando se usan durante el inyección de una cantidad de producto de tratamiento, y para adaptar la presión de inyección (P) en función de este parámetro del suelo, siendo dicho parámetro del suelo la conductividad hidráulica o un valor o una variable o un parámetro que es proporcional a la conductividad hidráulica, del suelo en la ubicación donde se inyecta el producto de tratamiento.
Ya se han indicado anteriormente las ventajas de usar una barrena para suelos que tiene una cuchilla de perforación helicoidal en la que se proporciona la abertura de salida. Una vez más, las principales ventajas son que el producto de tratamiento se puede inyectar en un suelo prácticamente intacto y que, esto se puede realizar entonces a un caudal de inyección que es lo suficientemente bajo como para asegurar una distribución homogénea del producto de tratamiento en una capa del suelo específica, y que introducir una barrena para suelos en el suelo sin martillar no provoca virtualmente vibraciones laterales, como resultado de lo que tampoco se forma un canal de paso alrededor de la barrena para suelos a lo largo del que el producto de tratamiento se puede mover hacia arriba.
Dicho parámetro del suelo es, por ejemplo, la conductividad hidráulica, o una medida de la conductividad hidráulica, del tipo de suelo del que se compone la capa del suelo. También puede ser (una medida de) la inyectabilidad del fluido usado en el suelo en el que tuvo lugar la inyección. También es posible derivar dos o más parámetros del suelo a partir de los datos de medición o señales de medición, y la presión de inyección se puede adaptar dependiendo de dos o más parámetros del suelo.
La unidad de procesamiento de datos es, por ejemplo, un ordenador o una unidad de PLC.
La identificación o ubicación de una capa del suelo específica en el subsuelo también se realiza usando el mismo dispositivo que el dispositivo con el que se realiza el tratamiento del suelo y también puede formar parte del método para el tratamiento del suelo. Ya que la inyección también tiene lugar en el suelo prácticamente intacto como resultado de usar de dicha barrena para suelos, las mediciones proporcionan una imagen más realista de las propiedades reales del suelo en el estado intacto y, por ejemplo, permiten identificar o ubicar una capa del suelo de una manera particularmente efectiva.
La unidad de procesamiento de datos se proporciona preferentemente para identificar o ubicar al menos una capa del suelo basado en los datos de medición o señales de medición.
El dispositivo para el tratamiento de suelos de acuerdo con la presente invención se proporciona preferentemente para inyectar continuamente el producto de tratamiento en el suelo durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento de la barrena para suelos en el suelo, mientras se miden la presión de inyección y el caudal de inyección y mientras la presión de inyección se adapta continuamente en función de dicho parámetro del suelo en el que se inyecta el producto de tratamiento.
En una modalidad altamente preferida, el dispositivo se proporciona para inyectar el producto de tratamiento en el suelo continuamente o a intervalos durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento de la barrena para suelos en el suelo, mientras se miden la presión de inyección y el caudal de inyección, y el dispositivo se proporciona para adaptar la presión de inyección y/o identificar o ubicar al menos una capa del suelo basado en los datos de medición o señales de medición.
Preferentemente, la magnitud de la presión de inyección y el caudal de inyección, o la magnitud de un parámetro del suelo derivado de la presión de inyección y el caudal de inyección en este caso se anota y/o almacena y/o visualiza junto con la profundidad asociada durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento hacia abajo de la barrena para suelos. Como resultado, un operador puede observar claramente los hallazgos hechos durante el tratamiento del suelo, el método también se puede ajustar rápidamente si es necesario, y la información guardada o almacenada también se puede usar posteriormente como evidencia de que la inyección realizada se realizó correctamente o también se puede usar para planificar tratamientos del suelo posteriores.
En un dispositivo particularmente preferido, el dispositivo comprende una barrena para suelos que comprende un núcleo de perforación alargado, el núcleo de perforación comprende un conducto de suministro para el producto de tratamiento, la cuchilla de perforación helicoidal comprende al menos una zona de inyección en la que la cuchilla de perforación se forma por dos paredes que están a una distancia entre sí a lo largo de la dirección longitudinal del núcleo de perforación y se separan por un espacio intermedio, y dicha abertura de salida se forma entre los bordes exteriores de estas paredes.
La cuchilla de perforación helicoidal, en otras palabras, es de una configuración de doble pared en una parte de su longitud, cuando se ve a lo largo del curso helicoidal, y esta parte de la cuchilla de perforación helicoidal se denomina por el término zona de inyección. Los bordes exteriores de las paredes que forman la cuchilla de perforación helicoidal son los bordes que están más alejados del eje del núcleo de perforación. Estas propias paredes son preferentemente también helicoidales. Las dos paredes tienen, por ejemplo, el mismo grosor de pared mientras que la distancia intermedia entre las dos paredes es prácticamente idéntica al grosor de pared. La abertura de salida se conecta preferentemente al conducto de suministro a través del espacio intermedio entre las dos paredes.
Las siguientes características adicionales del dispositivo mencionado a continuación, relativas a la barrena para suelos, también son integrables en el dispositivo para el tratamiento de suelos de acuerdo con esta invención.
Dicha zona de inyección describe, por ejemplo, un ángulo de inyección de al menos aproximadamente 180° o de al menos aproximadamente 360° alrededor del eje del núcleo de perforación. En varias modalidades diferentes, este ángulo de inyección es, por ejemplo, al menos 15° o al menos 30° o al menos 45° o al menos 60° o al menos 90° o al menos 120°. Como resultado, el producto de tratamiento se distribuye dentro de un rango considerable en el suelo ubicado alrededor de la barrena para suelos. A un ángulo de inyección de al menos aproximadamente 360° o, en otras palabras, un ángulo de inyección que corresponde a al menos aproximadamente una vuelta o rotación completa de la cuchilla de perforación helicoidal alrededor del núcleo de perforación, el producto de tratamiento se inyecta en el suelo ubicado alrededor de la barrena para suelos en todas las direcciones. La distribución del producto de tratamiento es así ideal, lo que significa que se logra un tratamiento del suelo particularmente eficiente. El dispositivo se puede configurar de tal manera que el núcleo de perforación tiene un extremo en punta y un extremo posterior, que la cuchilla de perforación tiene un extremo frontal orientado hacia el extremo de punta, que la cuchilla de perforación tiene una primera zona, donde el diámetro exterior de la cuchilla de perforación, desde el extremo frontal, aumenta desde un primer diámetro a un segundo diámetro, y que la cuchilla de perforación comprende una segunda zona contigua a la primera zona, donde el diámetro exterior es el segundo diámetro, y que la zona de inyección de la cuchilla de perforación se sitúa sustancialmente dentro de la segunda zona.
La cuchilla de perforación comprende preferentemente una tercera zona contigua a la segunda zona, donde el diámetro exterior de la cuchilla de perforación aumenta en la dirección del extremo trasero desde el segundo diámetro hasta un tercer diámetro. Como resultado, el pasaje que la barrena para suelos formó en el suelo se cierra por encima del lugar donde tiene lugar la inyección. El suelo también se compacta allí hasta cierto punto. Como resultado, será muy difícil que el producto de tratamiento sea capaz de moverse hacia arriba. Esto no está relacionado con ningunos inconvenientes para la propia inyección y las mediciones asociadas ya que la inyección se produce desde la zona de inyección que se ubica más abajo.
La cuchilla de perforación se puede configurar de tal manera que, en la zona de inyección, tenga un grosor que es mayor que el grosor máximo de la cuchilla de perforación en la primera zona. De esta manera, no se crea ninguna cavidad en el suelo cuando el suelo se sitúa al nivel de la zona de inyección. Esto reduce la posibilidad de que el líquido de inyección se inyecte en otra capa del suelo a través de estas cavidades.
La cuchilla de perforación además se configura preferentemente de tal manera que, en la tercera zona, tiene al menos prácticamente el mismo grosor que en la segunda zona. De esta manera, no se crea ninguna cavidad en el suelo cuando el suelo se sitúa al nivel de esta tercera zona. Esto reduce la posibilidad de que el líquido de inyección
se inyecte en otra capa del suelo a través de estas cavidades.
La abertura de salida es preferentemente en forma de hendidura. En este caso, la longitud de la abertura de salida -medida a lo largo del curso helicoidal de la cuchilla de perforación - es mayor que la altura de la abertura de salida -medida a lo largo de la dirección longitudinal del núcleo de perforación - en donde la relación entre la longitud y la altura de la abertura de salida es preferentemente al menos 2 o al menos 3 o al menos 5 o al menos 10 o al menos 15.
El núcleo de perforación se puede proporcionar en el extremo posterior con medios de conexión para acoplar la barrena para suelos a un elemento de tubo que extiende la barrena para suelos. Preferentemente, el elemento de tubo tiene un conducto interno que es contiguo al conducto de suministro cuando la barrena para suelos y el elemento de tubo se acoplan entre sí. Preferentemente, el elemento de tubo también tiene medios de conexión que son complementarios a los medios de conexión del núcleo de perforación, de forma que el acoplamiento se puede realizar a través de la cooperación de estos medios de conexión.
Para ilustrar la invención e indicar características y ventajas adicionales de la misma, se dará ahora una descripción más detallada de una modalidad preferida de un dispositivo para remediar suelos de acuerdo con la presente invención. Esta descripción también explicará en mayor detalle las características del método de acuerdo con la presente invención.
Quedará claro que esta modalidad preferida del dispositivo es solo una de las muchas modalidades que son posibles dentro del alcance de la protección de la patente que se define mediante las reivindicaciones adjuntas, y que nada en la siguiente descripción puede verse como una limitación de este alcance.
En esta descripción se usan números de referencia para hacer referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
■ La Figura 1 es una vista lateral del dispositivo para remediar suelos de acuerdo con la presente invención, en donde la barrena para suelos se sitúa en el suelo que se muestra en sección transversal;
■ La Figura 2 muestra una parte de la barrena para suelos ilustrada en la Figura 1, en donde la cuchilla de perforación se muestra esquemáticamente mediante la indicación de la superficie helicoidal superior y la superficie helicoidal inferior de la cuchilla de perforación y las secciones transversales locales de la cuchilla de perforación situadas en un plano vertical de simetría; y
■ La Figura 3 muestra las representaciones gráficas de los datos de medición que se registran durante la trayectoria de movimiento de la barrena para suelos desde la superficie del suelo hasta una profundidad de aproximadamente 7,5 metros.
El dispositivo que se muestra en la Figura 1 comprende un chasis móvil (1) que se mueve sobre orugas (1a) y un depósito (6) que se dispone en una posición fija sobre la superficie del suelo (7) y que contiene un suministro de un producto químico líquido. El producto es adecuado para degradar un contaminante presente en el suelo (7) y convertirlo en sustancias inofensivas.
El chasis móvil (1) lleva un dispositivo de inyección que consiste en un sistema de bombeo (2a), un dispositivo de regulación (2b) y una tubería de suministro flexible (2c). Además, el chasis (1) también lleva un dispositivo de medición (3), un ordenador (4) y un equipo de perforación (5).
El equipo de perforación (5) comprende una barrena para suelos autoperforante (51) que se sujeta en un mandril (52) y medios de accionamiento (54) para transferir un torque a la barrena para suelos (51) para girarla alrededor de su eje longitudinal (51a). El mandril (52) se detiene en una estructura de guía posicionada verticalmente (53) para ser móvil en una dirección vertical.
Como se puede ver más claramente en la Figura 2, la barrena para suelos (51) consiste de un núcleo de perforación tubular, hueco (510), en el que se proporciona un conducto de suministro cilíndrico (510c) que se extiende a lo largo del eje longitudinal (51a), y el exterior del que se proporciona con una cuchilla de perforación helicoidal (512). El conducto de suministro (510c) se abre en el extremo posterior (510b) del núcleo de perforación (510). El núcleo de perforación (510) tiene un extremo de punta puntiagudo (510a) y se proporciona con medios de conexión (no mostrados en los dibujos) en el extremo posterior (510b) para conectar la barrena para suelos (51) a un elemento de tubo (52) - ver la Figura 1- en la que se proporciona un conducto central (no mostrado en los dibujos) que se abre en ambos extremos (52a), (52b) del elemento de tubo (52). El elemento de tubo (52) se proporciona en un extremo (52a) con medios de conexión (no mostrados en los dibujos) que son complementarios a los medios de conexión que se proporcionan en el extremo posterior (510b) del núcleo de perforación (510). En la posición conectada, la barrena para suelos (51) y el elemento de tubo (52) se extienden en línea uno con el otro (como se muestra en la Figura 1), mientras que el conducto de suministro (510c) del núcleo de perforación (51) es contiguo al conducto central del elemento de tubo (52).
En el extremo superior (52b), el elemento de tubo (52) se conecta a los medios de accionamiento (54) del equipo de perforación (5) para que se pueda transferir un torque al elemento de tubo para girar la totalidad del elemento de tubo (52) y la barrena para suelos (51) conectada al mismo. Como resultado de esta rotación, el extremo de punta
puntiagudo (510a) de la barrena para suelos (51) penetrará más en el suelo (7) a través de la acción de la cuchilla de perforación helicoidal (512).
El conducto central del elemento de tubo (52) también se conecta, en el extremo superior, a la tubería de suministro flexible (2c) del dispositivo de inyección. Esta conexión se produce a través de un elemento de acoplamiento conocido (55) que es adecuado para conectar un conducto giratorio - el conducto central del elemento de tubo (52) -a un conducto no giratorio - la tubería de suministro (2c).
El dispositivo de inyección se proporciona para bombear el producto fuera del depósito (6) mediante el sistema de bombeo (2a) y para moverlo bajo presión a través del dispositivo de regulación (2b), la tubería de suministro flexible (2c), el elemento de acoplamiento (55), el conducto central del elemento de tubo (52) y el conducto de suministro (510c) de la barrena para suelos (51) y finalmente inyectándolo en el suelo (7) a través de una abertura de salida (513), proporcionada en la cuchilla de perforación (512), que se conecta al conducto de suministro.
La cuchilla de perforación helicoidal (512) de la barrena para suelos (51) tiene una zona de inyección (IZ) que se extiende sobre una vuelta completa de la cuchilla de perforación (512), y con la cuchilla de perforación (512) que se forma a partir de dos paredes helicoidales (512a), (512b) que están separadas una distancia entre sí a lo largo de la dirección longitudinal (51a) del núcleo de perforación (510) y se separan por un espacio intermedio (513) que se conecta al conducto de suministro (510c) a través de un abertura (514) en la pared del núcleo de perforación (510), y forma así una abertura de salida (515) para el producto.
La abertura de salida (515) es consecuentemente una abertura en forma de hendidura que sigue el curso helicoidal de la cuchilla de perforación (512) durante una vuelta completa. Como resultado, esta abertura de salida (515) se sitúa en el borde exterior de la cuchilla de perforación (512), y por tanto hace posible inyectar el producto líquido lateralmente en el suelo (7) desde el borde más exterior de la cuchilla de perforación (512).
La cuchilla de perforación (512) tiene una primera zona (Z1), donde el diámetro exterior de la cuchilla de perforación (512), desde el extremo frontal, aumenta desde un primer diámetro (D1) a un segundo diámetro (D2), y una segunda zona (Z2) contigua a la primera zona (Z1), donde el diámetro exterior mantiene el segundo diámetro (D2). La zona de inyección (IZ) con la abertura de salida en forma de hendidura (513) se sitúa sustancialmente dentro de la segunda zona (Z2). En la zona de inyección (IZ), la cuchilla de perforación (512) tiene un grosor (A2) que es mayor que al grosor máximo (A1) de la cuchilla de perforación en la primera zona (Z1).
La cuchilla de perforación (512) tiene una tercera zona (Z3 ) contigua a la segunda zona (Z2) donde el diámetro exterior de la cuchilla de perforación aumenta en la dirección del extremo trasero (512b) desde el segundo diámetro (D2) hasta un tercer diámetro (D3) y una cuarta zona (Z4) contigua a la tercera zona (Z3) donde el diámetro exterior de la cuchilla de perforación es el tercer diámetro (D3).
En la tercera zona (Z3) y en la cuarta zona (Z4), la cuchilla de perforación (512) tiene prácticamente el mismo grosor (A2) que en la segunda zona (Z2).
El grosor de pared (A1) de la cuchilla de perforación en la primera zona es, por ejemplo, de 4 mm. En la zona de inyección (IZ), las dos paredes (512a), (512b) tienen el mismo grosor de pared de, por ejemplo, 4 mm, mientras que la distancia entre las dos paredes, y por lo tanto también la altura de la abertura de salida (513), también es de 4 mm. El grosor total de la cuchilla de perforación en la zona de inyección es por tanto de 12 mm. El grosor de pared de la cuchilla de perforación en la tercera y la cuarta zona es, por ejemplo, igualmente de 12 mm.
El diámetro del núcleo de perforación (510) es, por ejemplo, de 30 mm. En la primera zona (Z1), la cuchilla de perforación tiene un ancho que aumenta gradualmente de 2 mm a 30 mm. Como el núcleo de perforación tiene un diámetro de 30 mm, esto significa que el primer diámetro (D1) de la cuchilla de perforación es de 32 mm y aumenta gradualmente hasta un segundo diámetro (D2) que es de 60 mm. Dicho tercer diámetro (D3) es entonces, por ejemplo, de 70 mm. La distancia entre dos vueltas sucesivas de la cuchilla de perforación helicoidal es, por ejemplo, de 90 mm.
El producto líquido se inyecta en el suelo durante toda la trayectoria recorrida por la barrena para suelos (51) en el suelo, hasta que se sitúa la abertura de salida (515) a una profundidad de aproximadamente 7,5 m. El dispositivo de regulación regula la presión (P) a la que se inyecta el producto.
El dispositivo de medición (3) también mide continuamente la profundidad de la abertura de salida, el volumen total inyectado (V), la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q), y estos datos de medición (respectivamente expresados en cm con respecto a la superficie del suelo, litros, litros por hora y bar) se envían al ordenador (4) donde se calcula un parámetro del suelo (Ks ,rel) basado en los resultados de la medición, siendo dicho parámetro una medida relativa para la conductividad hidráulica del suelo (7) a las diferentes profundidades. Los valores medidos de volumen, presión y caudal y el parámetro del suelo asociado (Ks,rel) y las profundidades asociadas se almacenan en la memoria del ordenador y también se representan numérica y/o gráficamente en la pantalla del ordenador (4a) como función de la profundidad. Tal posible representación gráfica se muestra en la Figura 3.
En la representación gráfica del parámetro del suelo (Ks,rei), es fácilmente posible distinguir las zonas (8) con una conductividad hidráulica relativamente alta y las zonas (9) con una conductividad hidráulica relativamente baja. En base a esta información numérica y/o gráfica, se puede establecer con un alto nivel de certeza durante el tratamiento del suelo cuando la abertura de salida (515) de la barrena para suelos (51) se sitúa a una profundidad específica o en esa capa del suelo específica en la que se debe inyectar el producto para volver el contaminante inofensivo de la manera más eficiente.
De la información que se muestra en la Figura 3, es posible inferir, por ejemplo, que hay una capa del suelo muy delgada con poca permeabilidad (por ejemplo, una capa de arcilla) entre 1,6 y 1,8 m de profundidad, que hay una capa del suelo con buena permeabilidad (por ejemplo, una capa de arena) entre 2,9 m y 3,6 m de profundidad, y que nuevamente hay una capa de suelo con poca permeabilidad entre 5,7 m y 6,8 m de profundidad.
Por lo tanto, debe ser posible degradar o tratar los contaminantes, que se sabe que se acumulan principalmente en las capas del suelo con poca permeabilidad, de una manera muy eficiente inyectando el producto en el suelo (7) durante toda la trayectoria de la barrena para suelos (51) y, basado en la información que se muestra en la Figura 3, hacer lo siguiente:
- cuando la abertura de salida (515) se encuentra a una profundidad entre 1,6 m y 1,8 m, determinar basado en los valores del parámetro del suelo (Ks,rel) que la abertura de salida se sitúa en una capa delgada del suelo con poca permeabilidad a estas profundidades (la capa del suelo se puede, por ejemplo, identificar como una capa de arcilla),
- inyectar el volumen de producto necesario en la primera capa de arcilla a una presión adaptada para degradar los contaminantes presentes en la misma,
- cuando la abertura de salida (515) se encuentra a una profundidad entre 2,9 m y 3,6 m, determinar basado en los valores del parámetro del suelo (Ks,rel) que la abertura de salida (515) se sitúa en una capa del suelo más gruesa con poca permeabilidad a estas profundidades (esta capa del suelo también se puede identificar como una capa de arcilla), e
- inyectar el volumen de producto necesario en la segunda capa de arcilla a una presión adaptada para degradar los contaminantes presentes en la misma.
Tal método y dispositivo es más simple y más efectivo que los métodos conocidos. Como se enfatizó anteriormente, el área de aplicación no se limita únicamente a la remediación del suelo, sino que tal método y tal dispositivo también se pueden usar en cualquier forma posible de tratamiento del suelo en donde se inyecta un producto líquido o gaseoso en el suelo y donde puede ser apropiado inyectar el producto en una o más capas del suelo o tipos de suelo bien definidos. Otra área de aplicación, por ejemplo, es la inyección en el suelo de sustancias que compactan el suelo, fijan el suelo o estabilizan el suelo.
Como el dispositivo de medición (3) mide continuamente, visualiza (en forma numérica) y también registra continuamente el tiempo, la profundidad, la presión de inyección y el caudal de inyección, es posible estar al tanto en cualquier momento durante el tratamiento del suelo de la profundidad a la que tiene lugar la inyección, los volúmenes de producto de tratamiento que ya se han inyectado y aún se deben inyectar (en comparación con el volumen solicitado/estipulado por el cliente), la presión de inyección y el caudal de inyección al que se está realizando actualmente la inyección, y la permeabilidad del subsuelo a esa profundidad (a deducir de la relación caudal de inyección/presión de inyección).
Mientras tanto, la presión de inyección se puede ajustar manualmente en cualquier momento. Durante el proceso de inyección, la presión de inyección debe, por un lado, mantenerse lo más alta posible para lograr un caudal de inyección suficientemente grande (de lo contrario, la inyección lleva demasiado tiempo y ya no es viable desde una perspectiva económica), pero, por otro lado, esta presión de inyección tampoco debe ser demasiado alta para evitar los fenómenos mencionados anteriormente (iluminación natural, reventón, fracturación no deseada).
Una posible ventaja adicional del método y el dispositivo de acuerdo con la presente invención es que, en base a los datos registrados continuamente durante el tratamiento relacionados con el tiempo, la profundidad, la presión de inyección y el caudal de inyección, se puede crear una representación gráfica de los volúmenes inyectados, de la presión de inyección y del caudal de inyección en función de la profundidad. Esta representación gráfica muestra si el producto se puede insertar o no en la ubicación deseada y en la cantidad deseada. Esta representación gráfica también puede indicar las profundidades a las que han ocurrido problemas, cómo se han solucionado estos, y por qué la cantidad deseada de producto de tratamiento, por ejemplo, no ha llegado a la capa del suelo a la que estaba prevista.
Usando la relación de caudal de inyección/presión de inyección registrada continuamente, también es posible generar una sección transversal del subsuelo, en la que se visualiza la permeabilidad relativa de la trayectoria del suelo. En esta sección transversal, es posible entonces identificar la presencia de capas del suelo con buena, menos buena y poca permeabilidad. Esta información puede ser útil para proporcionar información adicional en lo referente a la propagación de la contaminación inicial del suelo, por un lado, y en lo referente a la posible propagación del
producto inyectado con y hacia las aguas subterráneas, por el otro.
Claims (12)
- REIVINDICACIONESi. Método para el tratamiento de suelos (7), en donde se introduce en el suelo una barrena para suelos (51), que comprende una cuchilla de perforación helicoidal (512) y una abertura de salida (515), en donde se inyecta un producto de tratamiento en el suelo (7) a través de la abertura de salida (515) a diferentes profundidades, y en donde la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q) se miden durante la inyección, caracterizado porque la abertura de salida (515) se proporciona en la cuchilla de perforación (512 ), en que un parámetro del suelo en la ubicación donde se inyecta el producto de tratamiento se deriva del caudal de inyección y la presión de inyección, y en que la presión de inyección (P) se adapta en función del parámetro del suelo, siendo dicho parámetro del suelo la conductividad hidráulica, o una medida de la conductividad hidráulica o un valor o una variable o un parámetro que es proporcional a la conductividad hidráulica.
- 2. Método para el tratamiento de suelos (7), de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se identifica o ubica al menos una capa del suelo usando dicho parámetro del suelo.
- 3. Método para el tratamiento de suelos (7), de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se adapta la presión de inyección (P) para obtener un caudal de inyección (Q) que es superior a un límite inferior (Q min) de 5 litros por minuto, preferentemente 8 litros por minuto, con mayor preferencia 10 litros por minuto.
- 4. Método para el tratamiento de suelos (7), de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el producto de tratamiento se inyecta continuamente en el suelo durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento de la barrena para suelos (51) en el suelo, mientras que se miden la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q) y mientras se adapta continuamente la presión de inyección (P) en función de dicho parámetro del suelo del suelo en el que se inyecta el producto de tratamiento.
- 5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el producto de tratamiento se inyecta en el suelo continuamente o a intervalos durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento de la barrena para suelos (51), mientras se miden la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q), y porque la capa del suelo presente en varias profundidades diferentes se identifica o ubica basado en las mediciones.
- 6. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la magnitud de la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q), y/o la magnitud de dicho parámetro del suelo (Ksrel) derivados de la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q) se anotan y/o almacenan y/o visualizan para varias profundidades diferentes, durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento de la barrena para suelos (51).
- 7. Dispositivo para el tratamiento de suelos, que comprende- un equipo de perforación (5) provisto con una barrena para suelos (51) que comprende un conducto de suministro (510c) y al menos una abertura de salida (515) conectada al conducto de suministro (510c), en donde el equipo de perforación (5) se proporciona para introducir la barrena para suelos (51) en el suelo (7), - un dispositivo de inyección (2a, 2b, 2c) que se proporciona para inyectar un producto de tratamiento en el suelo (7) a través del conducto de suministro (510 c) y la abertura de salida (515), y- un dispositivo de medición (3) que se proporciona para medir al menos la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q) durante la inyección del producto de tratamiento en el suelo (7),- la barrena para suelos (51) que comprende una cuchilla de perforación helicoidal (512)caracterizado porque dicha abertura de salida (515) se proporciona en la cuchilla de perforación helicoidal (512), porque el dispositivo comprende una unidad de procesamiento de datos (4) que coopera con el dispositivo de medición (3) y se proporciona para derivar un parámetro del suelo del suelo basado en datos de medición generados por el dispositivo de medición o señales de medición relativas a la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q) que se utilizaron durante la inyección de una cantidad de producto de tratamiento, y para adaptar la presión de inyección (P) en función de este parámetro del suelo, siendo dicho parámetro del suelo la conductividad hidráulica, o una medida de la conductividad hidráulica, o un valor o una variable o un parámetro que es proporcional a la conductividad hidráulica, del suelo en la ubicación donde se inyecta el producto de tratamiento.
- 8. Dispositivo para el tratamiento de suelos de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la unidad de procesamiento de datos (4) se proporciona para identificar o ubicar al menos una capa del suelo basado en los datos de medición o señales de medición.
- 9. Dispositivo para el tratamiento de suelos de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el dispositivo se proporciona para inyectar continuamente el producto de tratamiento en el suelo durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento de la barrena para suelos (51) en el suelo, mientras que se miden la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q) y mientras se adapta continuamente la presión de inyección (P) en función de dicho parámetro del suelo del suelo en el que se inyecta el producto de tratamiento.
- 10. Dispositivo para el tratamiento de suelos de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque el dispositivo se proporciona para inyectar el producto de tratamiento en el suelo (7) continuamente o a intervalos durante al menos una parte de la trayectoria de movimiento de la barrena para suelos (51) en el suelo (7), mientras se miden la presión de inyección (P) y el caudal de inyección (Q), y porque se proporciona el dispositivo para adaptar la presión de inyección (P) y/o identificar o ubicar al menos una capa del suelo basado en los datos de medición o señales de medición.
- 11. Dispositivo para el tratamiento de suelos, de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque la barrena para suelos (51) comprende un núcleo de perforación alargado (510), porque el núcleo de perforación (510) comprende un conducto de suministro (510c) para el producto de tratamiento, porque la cuchilla de perforación helicoidal (512) comprende al menos una zona de inyección (ZI) en la que la cuchilla de perforación se forma por dos paredes (512a), (512b) que están a una distancia entre sí a lo largo de la dirección longitudinal (51a) del núcleo de perforación (510) y se separan por un espacio intermedio (513), y porque dicha abertura de salida (515) se forma entre los bordes exteriores de estas paredes (512a), (512b).
- 12. Dispositivo para el tratamiento de suelos de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la longitud de la abertura de salida (515) - medida a lo largo de la trayectoria helicoidal de la cuchilla de perforación (512) - es mayor que la altura de la abertura de salida (515), en donde la relación entre la longitud y la altura de la abertura de salida (515) es preferentemente al menos 2 o al menos 3 o al menos 5 o al menos 10 o al menos 15.
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