perforazióne
Indice
Lessico
sf. [sec. XIV; da perforare]. Atto, effetto e modo del perforare; specialmente in determinate accezioni tecniche; anche l'insieme dei fori su una scheda, una banda ecc.§ Nella stampa, linee di forellini tondi o tratti lineari eseguiti su carte e cartoni, punzonati con macchine o apparecchi perforatori mediante utensile a pettine o (se si usa la macchina da stampa) filetti perforatori montati sulla forma di stampa tipografica. La perforazione serve per creare linee di strappo di una parte del foglio. § Nella tecnica cinematografica, serie di fori praticati nella pellicola fotocinematografica per consentirne il trascinamento mediante la griffa nelle cineprese oppure mediante un rocchetto dentato nelle macchine fotografiche e nei proiettori cinematografici. La perforazione è standardizzata per ogni passo della pellicola e può essere praticata su uno o su entrambi i lati oppure al centro, nello spazio tra un fotogramma e l'altro. Si tende a diminuire le dimensioni dei fori di trascinamento, aumentando nel contempo la resistenza meccanica del supporto della pellicola, in modo da lasciare più spazio al fotogramma e alla pista sonora.§ In elettrotecnica, perforazione di un dielettrico, foratura che si verifica in un materiale isolante per effetto di una scarica disruptiva. Tale fenomeno, qualora si verifichi spontaneamente in una macchina o in un impianto, provoca gravi anomalie di funzionamento. È di solito imputabile a invecchiamento del dielettrico e al conseguente scadimento delle sue proprietà isolanti o a sovratensioni anomale.
Filatelia
Il termine perforazione è impiegato con due distinti significati. Nel primo significato, il termine si riferisce alla perforazione che si pratica tra un francobollo e l'altro allo scopo di rendere più rapida e agevole la separazione dei francobolli di un foglio. Può essere a trattini rettilinei, a denti di sega, ad arco, a serpentina ecc. Nel secondo significato, il termine indica le perforazioni apposte sui singoli francobolli per annullarli, mutarne la destinazione o evitarne l'impiego abusivo. I francobolli spagnoli emessi dal 1870 al 1899 usati per il servizio telegrafico erano annullati con un grosso foro. In Gran Bretagna, i francobolli recanti in perforazione una corona e le lettere BT (Board of Trade -Ministero del Commercio) erano usati per la corrispondenza di servizio del Ministero del Commercio. A queste e altre perforazioni ufficiali si debbono aggiungere le numerosissime perforazioni non ufficiali apposte da enti e società, allo scopo di evitare la sottrazione di francobolli da parte di dipendenti infedeli e la loro utilizzazione abusiva. Mentre i francobolli perforati ufficialmente trovano regolarmente posto nelle collezioni filateliche, la maggior parte dei collezionisti nega interesse filatelico ai francobolli perforati da privati. Negli ultimi anni del sec. XX vi è però stata una ripresa di interesse per questo materiale, specialmente in Francia e nei Paesi anglosassoni.
Industria mineraria: generalità
L'operazione ha lo scopo di forare il terreno, al fine di realizzare fori da mina, pozzi e gallerie minerarie. Nel linguaggio corrente vengono usati come sinonimi i termini sondaggio e trivellazione. Secondo la destinazione e le dimensioni dei fori, si distinguono vari tipi di perforazione: di fori da mina, cavità lunghe e sottili eseguite con idonei strumenti (per esempio martello perforatore); di gallerie, fornelli, pozzi minerari: tale perforazione si realizza scavando a tutta sezione, o solo per una parte della sezione, queste vie sotterranee per una lunghezza da 1 a 3,5 m mediante il brillamento simultaneo di volate di mine e ripetendo l'operazione per il numero di volte necessario a completare l'opera prefissa; di fori di sonda (sondaggio), effettuata per ricerca di giacimenti minerari, d'acqua, per studi stratigrafici, litologici, paleontologici, per lo studio di terreni sui quali devono essere costruiti edifici, strade, ferrovie, ponti, dighe, canali ecc., o che devono essere attraversati da gallerie. In ogni caso i campioni (carote) dei terreni perforati vengono classificati e analizzati sotto vari profili (carotaggio). Quando la perforazione serve a creare una via per portare in superficie idrocarburi, il foro di sonda viene chiamato pozzo petrolifero.
Industria mineraria: sistemi a percussione
I sistemi di perforazione più usati sono quelli a percussione e a rotazione. Tra i primi vi sono quelli con sonda cinese, così detta perché in Cina sono state trovate tracce di questa tecnica risalenti al 4000 a. C.; uno scalpello metallico viene sollevato con una fune e lasciato ricadere di colpo sul terreno per inciderlo; col sistema pensilvaniano, analogo a quello cinese ma con l'adozione di un verricello a mano, successivamente meccanizzato, e fune comandata da un bilanciere mosso da un motore. Versando acqua nel foro, i detriti divengono fanghiglia che si estrae con apposito recipiente (curetta o cucchiaia); col sistema canadese, nel quale una batteria di aste rigide sostituisce la fune appesa al bilanciere; con il sistema Franck-Traulz, analogo al precedente ma con circolazione d'acqua.
Industria mineraria: sistemi a rotazione
I sistemi a rotazione sono molto antichi: secondo alcuni storici, gli Egizi praticavano nelle rocce piccoli fori facendo ruotare a mano tubi di rame, usando come abrasivo sabbia silicea e forse pietre dure ridotte in polvere: la trivella a mano fu il primo utensile rotante. Ora sono usate sonde rotative nelle quali una colonna di aste cave rigide è fatta ruotare mediante un dispositivo meccanico. Un utensile anulare tagliente, la corona, di ferro dolce, sui bordi della quale sono incastonati numerosi diamanti industriali oppure denti di widia, è avvitato all'estremità dell'asta. Talvolta si fa giungere in fondo al foro graniglia di acciaio che, sotto la pressione della batteria, trasmessa attraverso una corona liscia, abrade la roccia. Nella perforazione a rotazione è indispensabile la circolazione d'acqua per l'eliminazione continua dei detriti e il raffreddamento della corona. Questa, nel ruotare, taglia un cilindretto di roccia – la carota – che viene afferrato dal carotiere. Oltre alle sonde che si installano in superficie, se ne costruiscono molti tipi, con motore Diesel o pneumatico, con circolazione d'acqua e carotaggio continuo, montati su carrello, su slitta o su colonna, adatti per perforazione in sottosuolo. Si possono avere: sonde sensitive, comandate a mano dal sondatore mediante una leva che agisce sulla coppia rocchetto-cremagliera; sonde ad avanzamento idraulico, a comando oleodinamico automatico o regolabile a mano. Il sistema di perforazione a rotazione più diffuso è però il sistema rotary che prende nome dalla “tavola di rotazione”, organo che imprime alla batteria di aste di perforazione il moto di rotazione. Fu adottato per la prima volta nel Texas, nel 1901, anno in cui venne introdotto nell'uso il fango di circolazione, più pesante dell'acqua, per sostenere le pareti del pozzo senza bisogno di rivestirle. L'attrezzatura rotary comprende: la torre di perforazione o derrick che sostiene il peso della colonna di perforazione tramite un paranco la cui tagliafissa è posta alla sommità della torre. Il capo libero della fune si avvolge sul tamburo di un argano la cui velocità può essere variata mediante un convertitore di coppia, a liquido, in ciclo chiuso fra una pompa e una turbina. L'argano sta sul palco di manovra, di poco sollevato dal suolo. Alla taglia mobile è attaccato il gancio dotato di ammortizzatore a molla e dispositivo di attacco per l'elevatore delle aste. Nei grandi impianti lo sforzo al gancio supera anche le 4000 t per la trazione esercitata dalla colonna di aste normali, mentre le aste pesanti gravano sull'utensile. Il primo elemento appeso al gancio è la testa di iniezione, collegata con un tubo flessibile alla pompa di circolazione del fango. Alla parte inferiore della testa di iniezione si avvita l'asta motrice, a sezione quadra o esagona, che è infilata nella tavola di rotazione dalla quale riceve il moto rotativo. Segue la colonna di aste cave normali, poi un certo numero di aste pesanti all'ultima delle quali è avvitato l'utensile tagliente, che può essere uno scalpello a coda di pesce, che scava come un trapano da legno, o un complesso di rulli dentati conici, generalmente tre (utensile tricorno); i rulli sono montati folli su cuscinetti e appoggiano ciascuno sul fondo del foro con una generatrice. La rotazione delle aste provoca un rotolamento dei rulli che, per la pressione cui sono sottoposti, sgretolano la roccia. Il getto di fango in pressione che esce violentemente dall'utensile contribuisce allo sminuzzamento della roccia e trascina i detriti fino in superficie allo scarico nelle vasche di condizionamento, risalendo entro lo spazio anulare esistente tra la colonna di aste e le pareti del foro. Prima di cadere nelle vasche il fango attraversa un vibrovaglio che separa i detriti. Dalle vasche la pompa di circolazione del fango rimanda il fango alla testa di iniezione. Il motore, generalmente di tipo Diesel, è installato sul palco e, attraverso organi di trasmissione e di manovra, dà movimento all'argano del paranco, alla tavola di rotazione e alla pompa. La potenza installata supera anche i 3000 CV nei grandi impianti per sondaggi fino a ca. 8000 m di profondità. Apparecchi di misura e di controllo completano gli impianti: quadro dei comandi dei motori, pompe, innesti freni; manometri per la pressione dell'aria compressa che aziona gli innesti e del fango; drillometro, oppure registratore elettronico per controllo della pressione delle aste pesanti sull'utensile; tachimetro per la velocità di rotazione; registratori dell'avanzamento e della velocità istantanea. Negli impianti rotary la perforazione a piena sezione è, salvo incidenti, ininterrotta e quindi più rapida ed è anche possibile mettere in opera la tubazione di rivestimento (casing) a più lunghi intervalli. In molti casi sono stati perforati in poche settimane migliaia di metri di terreno: in rocce poco coerenti si possono raggiungere e superare i 300 m di avanzamento in 24 ore. Quando in una perforazione rotary è necessario un carotaggio si applica un utensile a corona tagliente con carotiere; dato che questa operazione richiede l'estrazione di tutta la colonna di aste per la sostituzione dello scalpello col carotiere, operazione lunga e dispendiosa quando la perforazione è di migliaia di metri, si preferisce ricorrere a sistemi che permettono il prelevamento di una carota di diametro ridotto senza estrarre la colonna di aste (carotiere). Prima di iniziare la perforazione si scava un avampozzo profondo da 6 a 12 m, con diametro di ca. 1 m, nel quale viene cementato il tubo di guida della colonna di perforazione. Per sondaggi in zone impervie si costruiscono impianti rotary portatili, trasportabili su speciali autocarri e anche con elicotteri, coi quali si possono raggiungere anche 2000 m di profondità. Nei sondaggi sui fondali marini lungo la fascia costiera (detti offshore) si usano piattaforme fisse su cui si installano gli impianti, con o senza chiatte sommerse, per fondali a profondità fino a 30 m. Si possono effettuare fori su fondali a profondità maggiore ricorrendo a piattaforme semisommergibili mobili o a navi appositamente attrezzate. Oltre al sistema rotary vi sono impianti di turboperforazione (perforazione a turbina), con utensile perforante mosso direttamente da una turbina sospesa a una colonna di tubi e azionata dal fango di circolazione, e di elettroperforazione, con utensile azionato da un motore elettrico al fondo del foro, alimentato con cavo. Perforazione di fori speciali sono i carotaggi. La perforazione a percussione è conveniente per pozzi a profondità limitata, fino a 1000-2000 m, o per attraversare formazioni rocciose con rocce troppo dure, che consumano rapidamente lo scalpello della sonda rotary, o rocce troppo permeabili, che provocano un assorbimento, e quindi una perdita, eccessivo del fluido di circolazione. La perforazione a percussione impone inoltre il rivestimento delle pareti del pozzo a mano a mano che esso si approfondisce: i tratti più profondi devono quindi essere rivestiti con tubi di acciaio di diametro sempre minore fino a che il diametro del pozzo non risulti troppo ristretto per consentire un ulteriore approfondimento. La perforazione a rotazione consente di aprire pozzi fino a profondità elevatissime mantenendo praticamente costante il diametro del foro, in quanto normalmente durante la perforazione non è necessario rivestire le pareti poiché queste sono sostenute dalla pressione esercitata dal fluido di circolazione. Un inconveniente notevole della perforazione a rotazione è la tendenza del pozzo a deviare dalla verticale: sono stati comunque messi a punto sistemi di controllo della verticalità del pozzo che permettono di correggere a tempo le eventuali deviazioni. In certe situazioni è invece necessario eseguire pozzi deviati o direzionati od obliqui e allora, mediante speciali attrezzi introdotti sul fondo del pozzo, si fa deviare lo scalpello in modo da modificare l'inclinazione della perforazione.