¿Cuál es el coeficiente de consumo normal de fluido de perforación?
Los equipos y herramientas de perforación incluyen equipos de perforación de superficie (plataformas de perforación petrolera), brocas, sartas de perforación, etc.
1. Plataforma de perforación petrolera 1. Composición de una plataforma de perforación Una plataforma de perforación petrolera moderna es una unidad combinada de gran escala. La Figura 5-2 muestra el equipo básico para perforación rotativa. De acuerdo a las necesidades de perforación, limpieza y disparo de herramientas de perforación, el equipo de perforación debe contar con los siguientes sistemas y equipos:
Figura 5-2 Equipo de perforación
(1) Sistema de elevación. Se utiliza para operaciones como retirar herramientas de perforación, reemplazar brocas y ejecutar revestimiento.
(2) Sistema giratorio. Se utiliza para impulsar herramientas de perforación para rotar, romper rocas y profundizar pozos.
(3) Sistema circulatorio. Se utiliza para hacer circular el fluido de perforación, limpiar el fondo del pozo, transportar recortes rotos y garantizar una perforación continua.
(4) Equipos de potencia. Los motores diésel se utilizan principalmente como equipos eléctricos para accionar cabrestantes, plataformas giratorias, bombas de perforación y otras máquinas de trabajo. Algunas plataformas de perforación funcionan con motores de CA o CC.
(5) Sistema de transmisión. La tarea principal es transmitir y distribuir la energía de los equipos eléctricos a varias máquinas en funcionamiento.
(6) Sistema de control. Para dirigir el trabajo coordinado de todos los sistemas, toda la plataforma de perforación también está equipada con diversos dispositivos de control, como dispositivos de control mecánicos, hidráulicos o eléctricos, consolas centralizadas e instrumentos de observación y registro.
(7) Base. Incluye base de piso de perforación, base de sala de máquinas y base de bomba de perforación.
(8) Equipos auxiliares. Generalmente incluyen dispositivos de prevención de explosiones en boca de pozo, compresores de aire, equipos auxiliares de generación de energía, equipos auxiliares de elevación, herramientas en boca de pozo, casas móviles, etc.
2. Se requieren herramientas manuales de boca de pozo para disparar y desatornillar las herramientas de perforación, como tenazas, elevadores y cuñas.
La abrazadera para colgar consta de varios cabezales de abrazadera y mangos de abrazadera equipados con placas dentadas. Los cabezales de abrazadera y los mangos de abrazadera están conectados entre sí mediante bisagras. Las pinzas de elevación se utilizan para aflojar las roscas de conexión de varias herramientas de fondo de pozo que forman la sarta de perforación, como tuberías de perforación y portamechas. Los alicates se utilizan en pares (uno delante y otro detrás) y se retuercen con una cuerda con forma de cabeza de gato.
El elevador se utiliza para colgar, elevar y bajar la sarta de perforación. El diámetro interior del elevador es ligeramente mayor que el diámetro exterior de la tubería de perforación, pero menor que el diámetro exterior de la junta de la tubería de perforación. Durante el trabajo, la unión de la sarta de perforación se atascó y la perforadora no pudo dispararse.
Al apretar o aflojar la sarta de perforación, la sarta de perforación ubicada en el pozo debe suspenderse temporalmente en la plataforma giratoria. Las cuñas instaladas en el casquillo giratorio se utilizan para sujetar la tubería de perforación y suspender la sarta de perforación.
Con el rápido aumento en el número de pozos profundos, formaciones duras y perforaciones en alta mar, la carga de trabajo de las operaciones de disparo ha aumentado significativamente. Las herramientas de boca de pozo con grillete manual tienen problemas como alto consumo, baja eficiencia e inseguridad, y necesitan mejoras urgentes. En la actualidad, se han utilizado ampliamente diversas formas de tenazas y cuñas eléctricas en la producción de perforación. Acelera la velocidad de disparo, reduce la intensidad de trabajo de los trabajadores y sienta las bases para lograr una mayor mecanización y automatización general del trabajo de perforación.
3. Cuando el preventor de explosiones en la cabeza del pozo perfora una capa de petróleo y gas a alta presión, puede ocurrir una explosión que cause accidentes graves. Para controlar la salida de fluido de perforación, petróleo, gas y agua en el pozo, generalmente se instala un dispositivo de prevención de explosiones debajo del piso de perforación. En la actualidad, las plataformas de perforación producidas en el país y en el extranjero están equipadas con un conjunto relativamente completo de sistemas de prevención de explosiones. Como se muestra en la Figura 5-3, se trata de una combinación de prevención de explosiones con un nivel de presión de 21 ~ 34 MPa.
Figura 5-3 Diagrama esquemático del grupo de preventores de reventones en boca de pozo
Generalmente, cada equipo de perforación está equipado con de 3 a 4 juegos de preventores de reventones, como preventores de ariete y preventores rotativos. preventores y preventor de reventones universal. Hay tres tipos de dispositivos de prevención de reventones de ariete: ariete simple, ariete doble y ariete triple. Hay tres tipos de estructuras de portón: puerta ciega, puerta perforada y puerta de tijera. El núcleo del ariete perforado tiene un agujero en el centro. Cuando se produce una explosión durante la perforación, el espacio anular entre la sarta de perforación y la carcasa se puede sellar para evitar que el fluido de perforación, el petróleo, el gas y el agua salgan del pozo. También se le conoce como preventor de reventones de tuberías de perforación. El preventor de reventones de ariete completamente cerrado también se denomina preventor de reventones completamente cerrado. Su núcleo puede sellar directamente la boca del pozo y se utiliza cuando no hay tubería de perforación en la boca del pozo. La compuerta de tijera puede cortar la tubería en el pozo en caso de emergencia para garantizar la seguridad de la boca del pozo. La característica estructural del preventor de explosiones giratorio es que el núcleo de caucho puede girar con la tubería de perforación mientras sostiene la tubería de perforación, cerrando así el espacio anular entre la tubería de perforación y la carcasa para cumplir con los requisitos del proceso de pulverización y perforación al mismo tiempo. . El núcleo de goma del dispositivo de prevención de reventones universal puede sellar cualquier herramienta de perforación en unos pocos segundos, ganando un valioso tiempo de emergencia.
Cuando la plataforma de perforación está equipada con tres tipos de preventores de explosiones: preventores de ariete, preventores de explosiones giratorios y preventores de explosiones universales, se pueden usar solos o superpuestos para lograr la perforación mientras se pulveriza y no se suprime el pozo. Perforación, perforación con circulación inversa y otras nuevas tecnologías de perforación. La mayoría de los preventores de explosiones están equipados con controles manuales e hidráulicos para control remoto en situaciones de emergencia.
2. Herramientas de perforación Al perforar, se debe equipar un conjunto de equipos de perforación de superficie y una serie de herramientas de perforación de fondo. Incluyendo brocas, sartas de perforación, herramientas eléctricas de perforación de fondo de pozo, herramientas de extracción de muestras y algunas herramientas de perforación auxiliares (como herramientas de manejo de accidentes). Las herramientas de perforación de fondo de pozo se denominan herramientas de perforación.
La sarta de perforación es el término general para todas las sartas de tuberías desde la broca hasta el suelo. La sarta de perforación es el centro que conecta la superficie y el subsuelo, y es un medio y una herramienta importante para lograr una perforación rápida y de alta calidad.
Con el aumento de la profundidad de perforación y el desarrollo de la tecnología de perforación, los requisitos de rendimiento de la sarta de perforación son cada vez mayores. En la actualidad, se han utilizado ampliamente sartas de perforación compuestas por una o más herramientas de perforación. Esta sarta de perforación compuesta, combinada con diferentes medidas tecnológicas, puede controlar los cambios en la inclinación del pozo, mejorar las condiciones de trabajo de la broca, reducir los accidentes de tuberías atascadas y así obtener diversos beneficios integrales.
La sarta de perforación se utiliza durante todo el proceso de perforación, por lo que las funciones de la sarta de perforación son: (1) levantar la broca (2) solicitar WOB (3) transmitir potencia (4); ) transportar el líquido de perforación. Debido a las complejas condiciones de trabajo y al duro entorno de la sarta de perforación, ésta suele ser el eslabón débil de los equipos y herramientas de perforación. La selección correcta y el uso racional de las sartas de perforación son de gran importancia para aumentar la velocidad de perforación y reducir los costos de perforación.
La sarta de perforación está compuesta por muchas herramientas de perforación diferentes. Diferentes condiciones y métodos de perforación tienen diferentes composiciones. Las herramientas de perforación básicas que componen la sarta de perforación incluyen portamechas, tubos de perforación, Kelly y juntas coincidentes.
1. Collar de perforación El collar de perforación también se llama tubería de perforación ponderada. Al perforar, la parte inferior del portamecha está conectada a la broca y ejerce presión sobre la broca por su propia gravedad. El portamecha se caracteriza por un gran espesor de pared, alta resistencia, alta rigidez y no es fácil de doblar después de comprimirse, lo que resulta beneficioso para perforar orificios rectos.
2. Tubería de perforación La tubería de perforación está conectada entre el collar de perforación y la tubería Kelly. Los dos extremos del tubo de perforación están equipados con juntas para interconexión. Los trabajadores de perforación están acostumbrados a referirse a una sola tubería de perforación como "única", y cuando se conectan dos o tres tuberías de perforación, se llama "soporte".
El espesor de la pared de la tubería de perforación es más delgado que el del collar de perforación. Cuando la tubería de perforación gira en el pozo, roza contra la pared del pozo y se desgasta constantemente. A veces se rompe bajo la acción de la tensión, la presión y la torsión. En los últimos años, se han utilizado ampliamente tubos de perforación soldados a tope y tubos de perforación de aleación de aluminio de alta resistencia, lo que reduce la gravedad de la sarta de perforación y reduce los accidentes por fractura de los tubos de perforación.
3. El Kelly está conectado a la parte superior de la sarta de perforación y su sección transversal poligonal coincide con el orificio interior del núcleo cuadrado en la plataforma giratoria. El Kelly solo puede moverse hacia arriba y hacia abajo después de ingresar a la plataforma giratoria, por lo que cuando la plataforma giratoria gira, puede impulsar la tubería de perforación, el collar de perforación y la broca para girar y perforar. Para evitar que un solo tubo de perforación trasero entre en la plataforma giratoria, la longitud del Kelly es generalmente de 2 a 3 m más larga que la del tubo de perforación.
4. Debido a los diferentes tipos, tamaños y hebillas de las herramientas de perforación que componen la sarta de perforación, las juntas de acoplamiento no se pueden conectar directamente. Es necesario utilizar juntas de acoplamiento para conectarlas en una. sarta de perforación unificada y armoniosa.
En resumen, varias herramientas de perforación, como portamechas, tubos de perforación, tubos Kelly y juntas coincidentes, constituyen la sarta de perforación básica. Con el desarrollo de la tecnología de perforación, además de utilizar las sartas de perforación básicas mencionadas anteriormente, se ha desarrollado una serie de sartas de perforación compuestas que pueden mejorar aún más el rendimiento de la perforación. El más utilizado es la sarta de perforación compuesta que consta de una sarta de perforación básica y tres dispositivos (centralizador, amortiguador y percutor). La composición de las herramientas de perforación se muestra en la Figura 5-4.
Figura 5-4 Diagrama esquemático del conjunto de la herramienta de perforación
1-Grifo; 2-Junta coincidente; 4-Junta protectora 5-Taladro; collarín de 7 posiciones; collar de 8 taladros; Para hacer un buen uso de la broca y aumentar la tasa de penetración mecánica, se deben reforzar las medidas de perforación. En términos generales, un WOB excesivo provocará una desviación del pozo. En la práctica de perforación, de acuerdo con las diferentes propiedades de la formación y los requisitos antidesviación, a menudo se utilizan centralizadores para formar varias sartas de perforación antidesviación. Normalmente se utilizan varios centralizadores: el centralizador inferior está directamente encima de la broca y el centralizador intermedio está a unos diez metros de la broca. Durante la perforación, el centralizador está en contacto con la pared del pozo y desempeña la función de centralizar y guiar la broca. Para garantizar que el centralizador pueda contactar y soportar mejor la pared del pozo, su diámetro exterior debe ser lo más cercano posible al diámetro de la broca.
Si se diseña y utiliza correctamente, la sarta de perforación antidesviación con centralizador puede evitar la desviación del pozo, regularizar el orificio del pozo, garantizar el buen funcionamiento de la broca y mejorar el índice de trabajo. La práctica ha demostrado que estas medidas son eficaces.
6. Amortiguador El amortiguador puede absorber las cargas de impacto y vibración generadas durante el proceso de perforación, aumentando así la vida útil de la broca y reduciendo la fatiga de los portamechas y otras herramientas de perforación de fondo de pozo. El amortiguador suele instalarse cerca de la broca.
El componente más importante de un amortiguador es el elemento amortiguador. Hay muchos tipos de elementos amortiguadores de vibraciones: columnas de malla de acero inoxidable, cilindros de goma, discos de acero, resortes de acero y medios comprimibles (colchón de agua o colchón de aire). Algunos amortiguadores sólo pueden absorber vibraciones verticales, mientras que otros pueden absorber vibraciones verticales y torsionales.
Los países extranjeros comenzaron a estudiar los amortiguadores en los años 50 y empezaron a promocionarlos en los 60, logrando beneficios evidentes.
7. Debido al uso generalizado de sartas de perforación antidesviación, como centralizadores de espacios pequeños, herramientas de perforación de pozo completo y herramientas de perforación especiales como amortiguadores, los tirones aumentan la posibilidad de que la perforación se atasque, especialmente. en complejo en la formación. Los tarros se han utilizado en el extranjero durante mucho tiempo, no sólo como una de las herramientas comúnmente utilizadas para rescatar y tratar accidentes de tuberías atascadas, sino también para pruebas de formaciones, perforación de núcleos, desvío, fresado y otras operaciones y perforación normal. Hay muchos tipos de jarras, incluidas las mecánicas y las hidráulicas. Todos adoptan una determinada estructura y acumulan energía elástica cuando la sarta de perforación se estira elásticamente. Cuando se tira a una determinada posición, la energía se libera repentinamente para hacer vibrar la jarra y sacudir la sarta de perforación inferior atascada para lograr el propósito de liberarla.
En tercer lugar, el petróleo y el gas de la broca quedan enterrados bajo tierra. Para encontrar petróleo y gas y acceder a recursos subterráneos, se deben romper y perforar grandes cantidades de roca a través de la formación. Actualmente, el principal método de perforación consiste en romper mecánicamente la roca. La herramienta utilizada para romper roca se llama broca.
La broca es la herramienta principal para romper rocas y formar pozos. El rendimiento de la broca afecta directamente la velocidad de perforación, la calidad de la perforación y el costo de perforación.
Si se puede perforar un pozo rápidamente con menos brocas, se reducirá el número de viajes durante todo el proceso de perforación, se acelerará la velocidad de construcción del pozo y se reducirán los costos de perforación. Por lo tanto, es de gran importancia fabricar, seleccionar y utilizar brocas con alta eficiencia de trituración y durabilidad.
Debido a las diferentes propiedades de la roca rota por las brocas y a los diferentes propósitos y requisitos de perforación, se utilizan muchos tipos diferentes de brocas en la perforación petrolera, como brocas raspadoras, brocas de rodillo y brocas de diamante. La más utilizada es la broca de cono giratorio, que se utiliza principalmente en formaciones de dureza media y pozos profundos. Las brocas raspadoras también ocupan una posición destacada en algunos campos petroleros con alta plasticidad y formaciones blandas en mi país. Las brocas de diamante funcionan bien en formaciones extremadamente duras y pozos profundos. Con el desarrollo de la tecnología de perforación, los tipos y estructuras de las brocas también se desarrollan y mejoran constantemente. Después de los años 70 aparecieron las brocas que utilizaban diamante artificial como elemento de corte. Años de resultados de aplicaciones de campo han demostrado que esta broca tiene buenas perspectivas de desarrollo.
1. Broca raspadora La broca raspadora es la primera broca utilizada para perforación rotativa. Esta broca tiene una estructura simple y es fácil de fabricar, y cada yacimiento petrolífero puede diseñarla y fabricarla por sí mismo. Las brocas raspadoras son adecuadas para perforar formaciones blandas (como lutitas, lutitas y areniscas cementadas arcillosas) y pueden lograr tasas de penetración mecánica y metraje de broca más altas. Sin embargo, al perforar formaciones duras y abrasivas, las hojas no se desgastan fácilmente, la broca se desgasta rápidamente, la velocidad de perforación mecánica es baja y, a veces, se producen saltos de perforación, lo que tiene un cierto impacto en la vida útil de las herramientas y equipos de perforación. Sin embargo, siempre que la broca raspadora se utilice correctamente y se aprovechen al máximo sus ventajas en la perforación de formaciones blandas, sigue siendo eficaz para aumentar la velocidad de perforación y reducir los costos de perforación.
Después de la década de 1970, China comenzó a desarrollar y utilizar brocas raspadoras de diamante artificial. La geometría de la hoja de perforación es esencialmente la misma que la de un taladro raspador con hojas de carburo, excepto que parte de la masa de carburo se reemplaza por una hoja de diamante policristalino sintético. Dado que la resistencia al desgaste del diamante es mayor que la del carburo cementado, puede aumentar la vida útil de la broca, extender la vida útil de la broca, aumentar el metraje de una sola broca y crear muchos indicadores de perforación avanzados.
2. Broca de rodillo La broca de rodillo es la broca más utilizada en la perforación petrolera. A medida que la broca cónica del rodillo gira, impacta, aplasta y corta la roca. El área de contacto entre los dientes y el fondo del pozo es pequeña, la presión específica es alta, el par de trabajo es pequeño y la hoja de trabajo total es larga. Por lo tanto, las brocas de cono giratorio se pueden aplicar a varios tipos de rocas. La broca de tres conos comúnmente utilizada se muestra en la Figura 5-5.
Figura 5-5 Broca tricónica
En la actualidad, las fábricas nacionales de brocas continúan introduciendo tecnología avanzada de acuerdo con las necesidades del sitio de producción, lo que ha mejorado enormemente la variedad. , cantidad y calidad de brocas de cono de rodillo, e inicialmente estableció una serie de productos de brocas de rodillo domésticas.
Según las características de los dientes, los productos de brocas de tres conos se dividen en dos categorías: brocas de fresado y brocas dentadas. Hay seis series de insertos de fresado y dos series de insertos.
Brocas de 6in y otras especificaciones. La serie de brocas extranjeras es muy complicada y no se presentará aquí.
3. Las brocas de diamante. Las brocas que utilizan diamante como borde de trabajo se denominan brocas de diamante. Las brocas de diamante se utilizaron en la perforación geológica en los primeros días y solo se utilizaron en la perforación petrolera durante más de 40 años. Inicialmente, se utilizaba sólo en formaciones extremadamente duras y abrasivas. En los últimos años, ha aumentado la variedad de brocas de diamante y se ha ampliado su ámbito de aplicación. Se puede utilizar desde formaciones extremadamente blandas hasta formaciones extremadamente duras con resultados satisfactorios.
La estructura de la broca de diamante es relativamente simple y está compuesta principalmente por diamante, matriz, cuerpo de acero y juntas, como se muestra en la Figura 5-6.
Figura 5-6 Broca de diamante
1-Cuerpo de acero; 2-Carcaza; 4-La parte superior de la junta tiene roscas para conectar la sarta de perforación. El cuerpo de acero y las juntas también se roscan y luego se sueldan en un todo. La parte inferior del cuerpo de acero está sinterizada junto con la carcasa. La carcasa es una carcasa con diamantes fijos, hecha de polvo de carburo de tungsteno y aglutinante. Tiene un orificio de agua en el medio, un tanque de agua en la parte inferior y una ranura de descarga de virutas en el costado.
Las brocas de corte de diamante policristalino fueron un logro importante de la industria de perforación estadounidense a finales de los años 1970. El bloque de corte de esta broca es un policristalino polimerizado por un solo cristal de diamante artificial a alta temperatura y alta presión. Durante el proceso de perforación, el policristalino se desprende constantemente y nuevos cristales pequeños y afilados quedan constantemente expuestos, lo que hace que el bloque de corte se "autoafile" continuamente durante el proceso de desgaste. Su filo es un bloque de corte de diamante autoafilante, resistente al desgaste y afilado, por lo que las reglas AG (de 4 a 6 veces más que las de las brocas de cono de rodillo) y las altas velocidades de perforación mecánica (más de 2 veces las de las brocas de cono de rodillo) se puede obtener a un WOB bajo. Las brocas para bloques de corte de diamante policristalino incluyen brocas de disco compuesto de diamante policristalino (brocas PDC), brocas de diamante policristalino térmicamente estables (brocas TSP o brocas BDC, también conocidas como brocas de semidiamante), brocas con incrustaciones y brocas de material compuesto de gran tamaño. Brocas de disco PDC.
La lámina compuesta de diamante policristalino en el bloque de corte de la broca PDC es extremadamente delgada y dura, y su resistencia al desgaste es 100 veces mayor que la de la matriz de carburo de tungsteno. Cuando la broca está funcionando, el carburo de tungsteno se desgasta más rápido que la pieza compuesta, dejando la pieza compuesta expuesta en cualquier momento para mantener un filo afilado. Puede cortar roca a un WOB bajo y cortar roca con torsión. Dado que el bloque de corte puede ser "autoafilante", esto permite que la broca rompa la roca de manera cortante durante todo el proceso de perforación, logrando así una perforación rápida. Las brocas PDC son adecuadas para formaciones blandas a semiduras.
El bloque de corte de la broca semicondensada es un diamante artificial policristalino térmicamente estable, con una resistencia a la temperatura de 65438±0200 ℃. Los bloques de corte de diamante policristalino termoestables se pueden fabricar en diversas formas geométricas, como triángulos, cubos, cilindros y agujas.
Las brocas de balas rompen rocas mediante cizallamiento y trituración, son adecuadas para formaciones de dureza media a dura y han logrado buenos indicadores de perforación. Los resultados de las pruebas en el este de Sichuan muestran que el metraje promedio de la barrena, la tasa de penetración mecánica y el costo puro de perforación aumentaron entre 2 y 4 veces, entre un 20% y un 40% y entre un 10% y un 12%, respectivamente.
La broca con incrustaciones no solo tiene la resistencia a altas temperaturas de los bloques policristalinos térmicamente estables, sino que también tiene la capacidad de corte de las láminas compuestas.
En la actualidad, las brocas de diamante natural y las brocas de PDC compuestas grandes se han utilizado ampliamente en campos petroleros y han logrado beneficios económicos satisfactorios.