¿Qué son las herramientas de perforación?
1. Broca
La calidad de la broca y su adaptabilidad a la litología y otros procesos de perforación afectarán directamente a la velocidad de perforación, la calidad de la perforación y el costo de perforación.
(1) Principio de funcionamiento de la broca para romper rocas
Hay tres principios de funcionamiento y métodos para romper rocas con plataformas de perforación:
(1) Corte: usar presión axial para La herramienta trituradora muerde la roca y la broca gira y aprieta la roca rota para cortarla, de forma similar al corte de metal.
(2) Estampado: Uso de carga axial para romper la roca bajo impacto y extrusión.
(3) Rectificado: Utilice materiales con alta resistencia al desgaste para triturar y triturar rocas bajo una cierta presión y velocidad de rotación adecuada.
Entre los tres métodos anteriores, la principal acción de la broca sobre la roca es la extrusión y el corte. De hecho, cuando una broca rompe la roca en el pozo, se utilizan los tres métodos para romper la roca. Dependiendo de la resistencia de la roca y del tipo de broca, solo uno de los métodos de trituración es dominante. Las rocas plásticas generalmente tienen baja resistencia y las brocas se enfocan principalmente en cortar y triturar; las rocas plásticas frágiles y quebradizas generalmente tienen alta resistencia, y dependen principalmente del impacto y la trituración para rocas con alta resistencia y dureza, la trituración y la trituración son los métodos principales.
(2) Tipos de brocas
Las brocas de uso común actualmente se pueden dividir en brocas raspadoras (tipo corte), brocas cónicas de rodillo (tipo estampado) y brocas según a sus métodos de rotura de rocas y principios de trabajo. Broca de pulido (broca de diamante), como se muestra en la Figura 4-2. Entre ellos, las brocas cónicas de rodillo se utilizan ampliamente y las brocas raspadoras son las menos utilizadas. El tamaño de una broca es el tamaño nominal del agujero que perfora y ha formado una serie básicamente unificada a nivel internacional. Los tamaños de brocas comunes son 26 pulgadas y 20 pulgadas.
Figura 4-2 Diagrama de estructura típica de una broca
1 Broca de corte
La broca raspadora. Es una broca de corte, adecuada para formaciones rocosas de plástico blando. Se incrustan y sueldan múltiples raspadores en el cuerpo de la broca y se sueldan materiales de carburo resistentes al desgaste en las alas del raspador. De acuerdo con las características blandas y duras de las rocas plásticas, las brocas raspadoras tienen dos alas (llamadas brocas de cola de pez), tres alas y cuatro alas. La broca raspadora más utilizada es la broca raspadora de tres alas.
2. Brocas de cono de rodillo
Las brocas de cono de rodillo se utilizan ampliamente en la perforación petrolera y tienen la más amplia adaptabilidad. Se utiliza principalmente para perforar formaciones quebradizas y quebradizas de plástico duro a duro. Una broca de cono de rodillo tiene varios rodillos instalados en el cuerpo de la broca que pueden girar con la broca y girar alrededor del eje del rodamiento. Hay brocas de dos conos, brocas de tres conos y brocas de cuatro conos. La broca de tres conos es la más utilizada. De acuerdo con la ley de trituración de rocas, el diseño estructural de la broca cónica de rodillo debe cumplir con los requisitos de que, bajo la acción de la potencia rotacional y el WOB, el cono tenga las funciones de rodar para producir impacto y apretar, y deslizarse para producir raspado. rompiendo así rocas de manera efectiva. Use una broca cónica con dientes largos, pocas filas, gran poder de raspado y baja fuerza de impacto para perforar formaciones de baja dureza; use una broca con dientes cortos, múltiples filas de dientes, alto poder de impacto y poco poder de raspado para perforar con fuerza; formaciones.
3. Brocas abrasivas
Las brocas abrasivas se utilizan para perforar formaciones duras. Utiliza materiales que son más duros que la roca y tienen una fuerte resistencia al desgaste (como diamante, carburo especial) y están incrustados y soldados en el cuerpo de la broca. La capa de roca se muele bajo la acción de la rotación de la broca y el WOB, al igual que el rectificado. hierro con una muela.
(3) Requisitos de tecnología de perforación para brocas
La tecnología de perforación tiene dos requisitos básicos para las brocas: primero, la velocidad de perforación debe ser rápida, lo que puede acortar directamente el tiempo de perforación; en segundo lugar, la vida útil debe ser más larga, el número de cambios de broca debe ser menor y el metraje total perforado con una sola broca debe ser mayor. Estos dos elementos se denominan respectivamente tasa de penetración mecánica y metraje total de la broca, que son los dos principales indicadores técnicos de la broca. Para reducir los costos de perforación y mejorar los dos indicadores técnicos anteriores, los técnicos petroleros se han comprometido a mejorar las estructuras de las brocas, mejorar la eficiencia de trituración de las brocas y extender la vida útil de las brocas. A finales de la década de 1970, se utilizaron brocas de diamante policristalino con alta dureza y alta resistencia al desgaste para soldar materiales de diamante policristalino en conos, duplicando la eficiencia de perforación.
En segundo lugar, sarta de perforación
La sarta de perforación es el término general para las herramientas de perforación situadas encima de la broca y debajo del grifo. La conexión de las herramientas de perforación se muestra en la Figura 4-3.
(1) Función de la sarta de perforación
1. Funciones principales de la sarta de perforación
(1) Proporcionar un canal para que fluya el fluido de perforación. la cabeza del pozo a la broca;
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(2) Aplique la presión adecuada (WOB) a la broca para que el borde de trabajo de la broca pueda cortar continuamente la roca
(3) Transmitir potencia del suelo (torque, etc.) a la broca, lo que hace que la broca gire continuamente para romper la roca;
(4) Disparar la broca;
(5) Cálculo de la profundidad del pozo en función de la longitud de la sarta de perforación.
2. Funciones especiales de la sarta de perforación
(1) A través de la sarta de perforación, se pueden observar y comprender las condiciones de trabajo de la broca, las condiciones del pozo y las condiciones de la formación;
(2) Llevar a cabo operaciones especiales como extracción de muestras, exprimir cemento, rescatar objetos que caigan en pozos y manejar accidentes subterráneos;
(3) Probar y evaluar los fluidos y presiones de la formación, es decir , prueba de tubería de perforación, también llamada prueba intermedia.
(2) Composición de la sarta de perforación
La sarta de perforación está formada por Kelly, secciones de tubería de perforación y conjunto de herramienta de perforación inferior. La sección de tubería de perforación consta de tubería de perforación y juntas, a veces con escariadores. BHA es principalmente un collar de perforación, pero también puede equiparse con estabilizadores, amortiguadores, martillos, escariadores y otras herramientas especiales. La composición específica de la sarta de perforación varía según los diferentes propósitos y requisitos.
Figura 4-3 Diagrama de conexión de la herramienta de perforación
1. Tubería de perforación ordinaria
La tubería de perforación es el componente básico de la sarta de perforación, ubicada entre el Kelly y el portamecha entre. Hecho de tubería de acero sin costura, el espesor de la pared es generalmente de 9 ~ 11 mm. Su función principal es transmitir torque y fluido de perforación, y profundizar la perforación mediante el alargamiento gradual de la tubería de perforación.
1) Estructura y especificaciones de la tubería de perforación
La tubería de perforación consta de un cuerpo de tubería de perforación y una junta de tubería de perforación, como se muestra en la Figura 4-4. Hay dos formas de conectar el cuerpo de la tubería de perforación y la junta: una es una conexión de rosca fina, es decir, los dos extremos del cuerpo de la tubería se mecanizan con roscas externas (internas) y se conectan a las roscas internas (externas) en uno. extremo de la junta; el otro es El cuerpo de la tubería y las juntas se unen mediante soldadura por fricción, lo que se denomina tubería de perforación soldada a tope. Los tubos de perforación producidos o importados de China son todos tubos de perforación soldados a tope.
Figura 4-4 Diagrama esquemático de la estructura de la tubería de perforación
Para mejorar la resistencia de la conexión entre el cuerpo de la tubería y la junta, ambos extremos del cuerpo de la tubería están engrosados. Las formas de espesamiento comúnmente utilizadas incluyen espesamiento interno, espesamiento externo y espesamiento interno y externo.
La longitud de la tubería de perforación más comúnmente utilizada es 8,230 ~ 9,144 metros (27 ~ 30 pies), y los tamaños de la tubería de perforación (diámetro) son 88,9 mm, 114,3 mm, 127,0 mm (3,5 pulgadas, 4,5 pulgadas, 5 pulgadas).
2) Tipo de acero y resistencia de la tubería de perforación
El grado de acero de la tubería de perforación se refiere al grado de acero de la tubería de perforación, que está determinado por el límite elástico mínimo del acero de la tubería de perforación. Según API, los grados de acero de los tubos de perforación se pueden dividir en cinco grados: D, E, 95(X), 105(G) y 135(S). Entre ellos, X, G y S son tubos de perforación de alta resistencia.
3) Juntas y roscas de la tubería de perforación
Las juntas de la tubería de perforación son parte de la tubería de perforación, divididas en roscas internas y roscas externas, y están conectadas a ambos extremos del cuerpo de la tubería de perforación. . Los hilos deben cumplir tres condiciones, a saber, el mismo tamaño, el mismo tipo de hilo y que coincidan los hilos internos y externos. Los diferentes tamaños de tubería de perforación tienen diferentes tamaños de juntas. Los tipos de roscas para tuberías de perforación del mismo tamaño también tienen diferentes tipos, incluyendo principalmente el tipo plano interno (IF), el tipo de orificio pasante (FH), el tipo ordinario (REG) y el tipo numérico (NC).
2. Tubería de perforación ponderada
La tubería de perforación ponderada es una herramienta de perforación de peso medio similar a la tubería de perforación. La pared de la tubería es más gruesa que la tubería de perforación y más delgada que el collar de perforación. El cuerpo de la tubería está conectado a una junta de tubería de perforación extendida especial. En el conjunto de herramientas de perforación, generalmente se agrega una tubería de perforación pesada entre la tubería de perforación y el collar de perforación para evitar cambios repentinos en la interfaz de la sarta de perforación y reducir la fatiga de la tubería de perforación. La longitud total de la tubería de perforación ponderada es generalmente de 9,3 m, y algunas longitudes especiales son de 2 m, 3 m y 13 m. Hay dos tipos de tubos de perforación ponderados fabricados en China: JZ-51 y JZ-5II. Además de las juntas engrosadas exteriores extralargas en ambos extremos de la tubería de perforación ponderada, también hay una parte engrosada exterior en el medio. Las juntas en ambos extremos y la parte media engrosada tienen zonas superficiales resistentes al desgaste para proteger la tubería. cuerpo por desgaste. La longitud de la tubería de perforación ponderada es de 13 m y también hay dos partes engrosadas en el medio.
3. Collar de perforación
El collar de perforación está ubicado en la parte más baja de la sarta de perforación y es el componente principal del conjunto de perforación inferior. Sus características principales son un gran espesor de pared (generalmente 38 ~ 53 mm, equivalente a 4 ~ 6 veces el espesor de pared de la tubería de perforación), gran peso y rigidez, como se muestra en la Figura 4-5. Desempeña principalmente las siguientes funciones en el proceso de perforación:
(1) Aplicar WOB a la broca
(2) Asegurar la resistencia necesaria en condiciones de compresión;
(3) Reducir la vibración, el balanceo y los golpes de la broca para que funcione sin problemas;
(4) Controlar la desviación del pozo.
Los portabrocas vienen en muchas formas diferentes, como círculos, cuadrados, triángulos y espirales. Los más utilizados son los portamechas redondos (lisos) y los portamechas en espiral.
Figura 4-5 Diagrama esquemático de la estructura del collar de perforación
4. Kelly
El Kelly está ubicado en la parte superior de la sarta de perforación y tiene un cuadrado (ver Figura 4-6) y Dos tipos de hexágonos. En la perforación rotativa, al perforar, el Kelly coopera con el núcleo cuadrado y el núcleo giratorio para transmitir el par de la mesa giratoria terrestre a la tubería de perforación, hacer girar la broca y soportar el peso suspendido de la sarta de perforación; la perforación de herramientas de perforación de turbina y herramientas de perforación de tornillo, para soportar el peso colgante y el par de reacción de la sarta de perforación. Generalmente, las plataformas de perforación grandes utilizan tubos Kelly y las plataformas de perforación pequeñas utilizan tubos Kelly hexagonales. La longitud total del Kelly estándar es de 12,19 metros y 16,46 metros respectivamente, y la longitud de la parte motriz es de 11,25 metros y 15,54 metros respectivamente. Para adaptarse a la sarta de perforación, Kelly también viene en una variedad de tamaños y tipos de juntas. El espesor de la pared del Kelly es generalmente aproximadamente 3 veces mayor que el de la tubería de perforación. Está hecho de acero de aleación de alta resistencia, por lo que tiene una gran resistencia a la tracción y a la torsión y puede soportar el peso de toda la columna de perforación y la presión. de girar la sarta de perforación y la broca con el torque requerido.
Figura 4-6 Diagrama esquemático de la estructura del tubo Kelly
Cuando el tubo Kelly gira, el extremo superior siempre está por encima del plato giratorio y la parte inferior está debajo del plato giratorio. Las roscas desde el extremo superior del Kelly hasta la parte de conexión del grifo son todas roscas izquierdas (roscas inversas) para evitar que se aflojen cuando el Kelly gira. Todas las roscas de conexión desde el extremo inferior del Kelly hasta la broca son roscas derechas (roscas positivas). A medida que el Kelly hace girar la sarta de perforación, las roscas se vuelven cada vez más apretadas. Para reducir el desgaste de la rosca de la junta inferior del Kelly (la pieza que a menudo se desmonta), a menudo se instala una junta protectora en esta pieza.
(3) Conjunto de herramientas de perforación
La combinación razonable de herramientas de perforación es una condición importante para garantizar una perforación rápida y de alta calidad. La selección del tamaño de la herramienta de perforación depende en primer lugar del tamaño de la broca y de la capacidad de elevación del equipo de perforación, así como de la estructura del pozo y las medidas antidesviación.
Generalmente, los principios que se deben considerar en el ensamblaje de la herramienta de perforación son: seleccionar tuberías de perforación Kelly grandes tanto como sea posible; seleccionar tuberías de perforación de gran tamaño cuando la capacidad de elevación de la plataforma de perforación y la profundidad de penetración de la tubería de perforación lo permitan; seleccionar la longitud del collar de perforación de acuerdo con ello; al WOB y a las medidas antidesviación. En circunstancias normales, el peso total de los portamechas debe ser superior al 20% ~ 30% del WOB máximo para garantizar el funcionamiento normal de la tubería de perforación sin presión.
Las combinaciones comunes de herramientas de perforación durante la perforación normal son: "broca + collar de perforación + tubería de perforación + kelly + grifo"; cuando se perfora con herramientas de perforación de turbina (tornillo), "broca + turbina (tornillo)); Herramientas de perforación + portamechas + tubos de perforación + tubos Kelly + grifos”.